JP4929544B2 - Power supply apparatus and method - Google Patents

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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力供給装置および方法に関し、例えば、誘導電力や、圧電素子が発生するパルス性の電圧などの、低電流高電圧の電力を、利用しやすい高電流低電圧の電力に変換することができる電力供給装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生活空間には、例えば、静電気によるディスチャージなど、パルス性で、電圧値は比較的高いが、電流値が低いため、瞬時に放電してしまう電源が存在する。また、インバータ蛍光灯や、商用電源の付近に発生する誘導起電力など、電圧は非常に高いが、電流としては非常に小さい誘導電源が存在する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの電源は、発生時間が短く、電圧値が比較的高く、電流値がわずかであるために、エネルギーとして殆ど利用されていない。
【０００４】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、環境中に存在する低電流のパルス性電圧を、利用しやすい電圧値および電流値に変換し、環境に負荷を与えない電力供給源を提供することができるようにするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の電力供給装置は、上から加わる力によりたわみを発生する床材と、床材の下部に設けられ、床材のたわみによる圧力で発生する電力を供給する電力供給源と、複数のコンデンサと複数のダイオードとからなる充放電回路と、電力供給源から充放電回路への電力の供給を制御する第１のスイッチと、充放電回路の複数のコンデンサに充電された電力の所定の負荷への供給を制御する第２のスイッチとを備え、充放電回路では、複数のコンデンサが、第１のスイッチにより電力供給源から充電される場合には、電力供給源に対して直列に接続され、第２のスイッチにより負荷に放電される場合には、複数のコンデンサが負荷に対して並列に接続されるように、複数のコンデンサおよび複数のダイオードが接続されており、充放電回路の複数のコンデンサの静電容量は全て等しく、充放電回路は、充電側と放電側のグランドレベルが共通であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第１の電力供給方法は、上から加わる力によりたわみを発生する床材と、床材の下部に設けられ、床材のたわみによる圧力で発生する電力を供給する電力供給源とを備える電力供給装置の電力供給方法であって、電力を供給する電力供給ステップと、複数のコンデンサと複数のダイオードとからなる充放電回路により、電力を充放電する電力充放電ステップと、電力供給源から充放電回路への電力の供給を制御する第１の制御ステップと、充放電回路の複数のコンデンサに充電された電力の所定の負荷への供給を制御する第２の制御ステップとを含み、充放電回路では、複数のコンデンサが、第１の制御ステップの処理により電力供給源から充電される場合には、電力供給源に対して直列に接続され、第２の制御ステップの処理により負荷に放電する場合には、負荷に対して並列に接続されるように、複数のコンデンサおよび複数のダイオードが接続されており、充放電回路の複数のコンデンサの静電容量は全て等しく、充放電回路は、充電側と放電側のグランドレベルが共通であることを特徴とする。
【００１２】
本発明の第２の電力供給装置は、上から加わる力によりたわみを発生する床材と、床材の下部に設けられ、床材のたわみによる圧力で発生する電力を供給する電力供給源と、電力供給源から供給された電力で充電され、充電された電圧の電圧値を変換して放電する電圧変換回路を複数有する電力供給装置であって、電圧変換回路は、複数のコンデンサと複数のダイオードとからなる充放電回路と、電力供給源から充放電回路への電力の供給を制御する第１のスイッチと、充放電回路の複数のコンデンサに充電された電力の所定の負荷への供給を制御する第２のスイッチとを備え、充放電回路では、複数のコンデンサが、第１のスイッチにより電力供給源から充電される場合には、電力供給源に対して直列に接続され、第２のスイッチにより負荷に放電される場合には、負荷に対して並列に接続されるように、複数のコンデンサおよび複数のダイオードが接続されており、充放電回路の複数のコンデンサの静電容量は全て等しく、充放電回路は、充電側と放電側のグランドレベルが共通であり、所定の電圧変換回路の充電中に他の電圧変換回路が放電することにより、複数の電圧変換回路のうちのいずれかが、負荷に対して常に電力を供給することを特徴とする。
【００１６】
基準クロックパルスを発生するパルス発生回路と、パルス発生回路によって発生された基準クロックパルスの論理を反転するインバータとを更に備えさせるようにすることができ、パルス発生回路の出力、もしくはインバータの出力のうちのいずれか一方が、複数の電圧変換回路のうちの第１の電圧変換回路が有する第１のスイッチおよび複数の電圧変換回路のうちの第２の電圧変換回路が有する第２のスイッチの開閉を制御し、他方が、第１の電圧変換回路が有する第２のスイッチおよび第２の電圧変換回路が有する第１のスイッチの開閉を制御するものとすることができる。
【００１７】
本発明の第２の電力供給方法は、上から加わる力によりたわみを発生する床材と、床材の下部に設けられ、床材のたわみによる圧力で発生する電力を供給する電力供給源と、電力供給源から供給された電力で充電され、充電された電圧の電圧値を変換して放電する電圧変換回路を複数有する電力供給装置の電力供給方法であって、電圧変換回路における電圧変換ステップが、複数のコンデンサと複数のダイオードとからなる充放電回路により、電力を充放電する電力充放電ステップと、電力供給源から充放電回路への電力の供給を制御する第１の制御ステップと、充放電回路の複数のコンデンサに充電された電力の所定の負荷への供給を制御する第２の制御ステップとを含み、充放電回路では、複数のコンデンサが、第１の制御ステップの処理により電力供給源から充電される場合には、電力供給源に対して直列に接続され、第２の制御ステップの処理により負荷に放電する場合には、負荷に対して並列に接続されるように、複数のコンデンサおよび複数のダイオードが接続されており、充放電回路の複数のコンデンサの静電容量は全て等しく、充放電回路は、充電側と放電側のグランドレベルが共通であり、第１の制御ステップおよび第２の制御ステップの処理により、所定の電圧変換回路の充電中に他の電圧変換回路が放電することにより、複数の電圧変換回路のうちのいずれかが、負荷に対して常に電力を供給することを特徴とする。
【００１８】
本発明の第１の電力供給装置および方法においては、上から加わる力によりたわみを発生する床材の下部に、床材のたわみによる圧力で発生する電力を供給する電力供給源が設けられ、複数のコンデンサと複数のダイオードとから充放電回路が構成され、電力が供給され、電力供給源から充放電回路への電力の供給が制御され、充放電回路の複数のコンデンサに充電された電力の所定の負荷への供給が制御され、充放電回路においては、第１のスイッチにより電力供給源から充電される場合には、複数のコンデンサが電力供給源に対して直列に接続され、第２のスイッチにより負荷に放電される場合には、負荷に対して並列に接続されるように、複数のコンデンサおよび複数のダイオードが接続され、充放電回路の複数のコンデンサの静電容量は全て等しく、充放電回路は、充電側と放電側のグランドレベルが共通である。
【００１９】
本発明の第２の電力供給装置および方法においては、上から加わる力によりたわみを発生する床材の下部に設けられ、床材のたわみによる圧力で電力を発生する電力供給源から供給された電力で充電され、充電された電圧の電圧値を変換して放電する電圧変換回路において、複数のコンデンサと複数のダイオードとから充放電回路が構成され、電力供給源から充放電回路への電力の供給が制御され、充放電回路の複数のコンデンサに充電された電力の所定の負荷への供給が制御され、充放電回路において、第１のスイッチにより電力供給源から充電される場合には、複数のコンデンサが電力供給源に対して直列に接続され、第２のスイッチにより負荷に放電される場合には、複数のコンデンサが負荷に対して並列に接続されるように、複数のコンデンサおよび複数のダイオードが接続され、充放電回路の複数のコンデンサの静電容量は全て等しく、充放電回路は、充電側と放電側のグランドレベルが共通であり、所定の電圧変換回路の充電中に他の電圧変換回路が放電されることにより、複数の電圧変換回路のうちのいずれかによって、負荷に対して常に電力が供給される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
まず、図１を参照して、本発明を適応した充放電回路の第１の実施の形態について説明する。
【００２２】
電源１には、スイッチ２が接続されている。ここで、電源１は、環境に存在する誘導電力を取り出して、電力を発生する電力回生回路であり、その詳細については、図２乃至図１７を用いて後述する。抵抗４は、入力抵抗であり、図１の回路を実使用する場合、抵抗４は、必ずしも必要というものではない。
【００２３】
スイッチ３は、出力側のスイッチであり、放電時に閉じられる。抵抗５は出力の負荷抵抗である。図１の回路を実使用する場合、抵抗５に代わって、実負荷が接続される。
【００２４】
コンデンサ６乃至コンデンサ８は、充電用のコンデンサである。ダイオード９乃至ダイオード１６は、整流用のダイオードである。コンデンサ６乃至コンデンサ８、並びに、ダイオード９およびダイオード１０は、充電時には、直列に接続されている。そして、ダイオード９およびダイオード１０は、充電用のコンデンサ６乃至コンデンサ８の間に接続され、放電時、すなわち、スイッチ３が開かれてスイッチ２が閉じられた場合には逆バイアスとなり、コンデンサ６乃至コンデンサ８を切り離す（電気的に接続されていない状態とする）。
【００２５】
ダイオード９乃至ダイオード１６には、例えば、ＮＥＣ社製の１Ｓ９５３などのスイッチング用シリコンダイオードが用いられる。
【００２６】
出力側のダイオード１１乃至１６は、放電時に、コンデンサ６乃至コンデンサ８を負荷（抵抗５）に対して並列に接続するために設けられている。
【００２７】
次に、電源１として用いられる電力回生回路について説明する。
【００２８】
図２は、電源１に対応する電力回生回路の一例を示す回路図である。
【００２９】
図２の電力回生回路においては、アンテナ３１とグランド（ＧＮＤ）端子４１により、空中に存在する誘導起電力が検出され、ダイオード３３およびダイオード３４より、コンデンサ３５に直流電荷（正電荷）が蓄えられ、コンデンサ３５のプラス側にプラス端子４６が設けられている。すなわち、グランド端子４１に対して、アンテナ３１の電位がプラスであり、ダイオード３３が導通し、ダイオード３４は高インピーダンス素子として、アンテナ３１とグランド端子４１の間に電圧を発生させ、コンデンサ３５に正電荷を充電させる。
【００３０】
例えば、アンテナ３１を、インバータ式蛍光灯の外筐部の適当な部位に接続し、グランド端子４１を接地、もしくは、１乃至２ｍ程度の線材を接続して、床にたらしておいた場合、コンデンサ３５が１０μＦの電界コンデンサであれば、コンデンサ３５の両端に１０秒程度で３０Ｖ以上の電圧を発生することができる。電力容量は、基本的には充電時間に比例するので、充電時間を延ばすことにより、充電される電荷を電源として利用することは充分可能である。
【００３１】
そして、アンテナ３１、ダイオード３３およびダイオード３４、並びにコンデンサ３５で構成される回路と極性が逆となっている電力回生回路が、アンテナ４２、ダイオード４３およびダイオード４４、並びにコンデンサ４５によって構成されてグランドを共通として接続され、コンデンサ４５のマイナス側にマイナス端子４７が設けられている。グランド端子４１に対して、アンテナ４２の電位はマイナスにとなり、ダイオード４４が導通し、ダイオード４３は、高インピーダンス素子として、アンテナ４２とグランド端子４１の間に電圧を発生させ、コンデンサ４５に負電荷が充電される。
【００３２】
交流の入力を受ける整流回路は、その出力が直流成分であっても、入力に交流成分が流れている以上、もう一方（帰線側、すなわちグランド）にも必ず交流電流が流れている。商用電源やインバータ方式の蛍光灯の誘導電圧はかなり高いことが予想される（例えば、商用電源の家庭内の電源による誘導電圧は、ピークトゥピークで１４０Ｖ程度である）ので、図２に示される回路によって、誘導電圧を効率よく回生させることができる。
【００３３】
図３に、図２の電力回生回路においてコンデンサ３５およびコンデンサ４５の静電容量がいずれも２２μＦであり、アンテナ３１を蛍光灯の外筐に、グランド端子４１をオシロスコープのグランド端子（適当なインピーダンスで大地に接続されている）に接続した場合の電圧測定カーブ（無負荷時）を示す。図３において、プラス軸側の曲線は、コンデンサ３５の両端電圧、マイナス軸側の曲線は、コンデンサ４５の両端電圧である。
【００３４】
図３に示されるように、８０秒後に、コンデンサ３５の両端電圧は、約３８Ｖであり、その増加割合は減少し始めて（飽和に近づいて）おり、コンデンサ４５の両端電圧は、約−５．１Ｖであり、飽和には達していない。実験では、数分後に、コンデンサ３５の両端電圧は、約４８Ｖ、コンデンサ４５の両端電圧は、約３７Ｖとなった。
【００３５】
次に、図４乃至図６を参照して、第２の電力回生回路について説明する。なお、図２における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する（以下、同様）。
【００３６】
図４に示されるように、図２を用いて説明した電力回生回路を１組の電力回生回路５１として、それぞれのアンテナ３１およびアンテナ４２を、直列に接続（カスケード接続）することにより、空中に誘導されている電力の回生効率を高めることができる。ここでは、電力回生回路５１−１、電力回生回路５１−２、および電力回生回路５１−３の３つの電力回生回路を直列接続するようにしたが、接続される電力回生回路の数は任意の数でよい。電力回生回路５１−１、電力回生回路５１−２、および電力回生回路５１−３は、内部的には、直流成分の極性が一義的に決まるが、外部的には、交流成分は全く対称であるため、その接続の向きは任意である。
【００３７】
図５は、図４の電力回生回路５１−１、電力回生回路５１−２、および電力回生回路５１−３の詳細な回路図である。図５においては、電力回生回路５１−１のアンテナ４２と電力回生回路５１−２のアンテナ３１’とを接続し、電力回生回路５１−２のアンテナ４２’と電力回生回路５１−３のアンテナ３１”とを接続しているものとして図示しているが、例えば、電力回生回路５１−２の接続の向きを逆向きとし、電力回生回路５１−１のアンテナ４２と電力回生回路５１−２のアンテナ４２’とを接続し、電力回生回路５１−２のアンテナ３１’と電力回生回路５１−３のアンテナ３１”とを接続した場合においても、電力回生回路５１−２からのプラス端子４６’およびマイナス端子４７’からの出力は、交流であるので変化しない。
【００３８】
図４および図５を用いて説明した電力回生回路５１−１乃至電力回生回路５１−３においては、それぞれの回路にまたがって、電圧を加算して使用することはできない（それぞれの電力回生回路で、独立した電力供給源となる）。
【００３９】
図６に、図４の電力回生回路５１−１乃至電力回生回路５１−３それぞれにおいて内部コンデンサの静電容量が１００μＦ／６３Ｖ（５０μＦのコンデンサ３５およびコンデンサ４５を直列接続）であり、アンテナ３１を蛍光灯の外筐などの誘導源５２に、アンテナ４２”をオシロスコープのグランド端子５３（適当なインピーダンスで大地に接続されている）に接続した場合に、数分後、回路が安定した後に得られる電源電圧（無負荷時）の値を示す。
【００４０】
この場合、電力回生回路５１−１において、プラス側に３０Ｖ、マイナス側に１４Ｖの電圧が発生し、プラス端子４６とマイナス端子４７との間に発生する電圧は、約４３Ｖであった。また、電力回生回路５１−２においては、プラス側に１４．１Ｖ、マイナス側に１２．６Ｖの電圧が発生し、プラス端子４６’とマイナス端子４７’との間に発生する電圧は、約２６．５Ｖであり、電力回生回路５１−３においては、プラス側に１１．６Ｖ、マイナス側に１３Ｖの電圧が発生し、プラス端子４６”とマイナス端子４７”との間に発生する回生電圧は、約２４．３Ｖであった。
【００４１】
このように、複数の電力回生回路をカスケード接続することにより、内部コンデンサ（コンデンサ３５およびコンデンサ４５）に充分な大きさの電圧がチャージされる。
【００４２】
次に、図７乃至図１０を参照して、第３の電力回生回路について説明する。
【００４３】
図２を用いて説明した電力回生回路は、逆極性の回路を、グランドを共通として接続した回路であるが、図７（Ａ）は、同一の極性の回路を、グランドを共通として接続したものである。
【００４４】
図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の回路の変形例であり、図７（Ａ）と図７（Ｂ）は、同一の回路であることは言うまでもない。そして、コンデンサ３５とコンデンサ４５とは、ここでは同一の定格であるため、図７（Ｂ）の回路に対する等価回路である図７（Ｃ）の回路の内部コンデンサは、コンデンサ３５（あるいはコンデンサ４５）と等しくなる。
【００４５】
また、図７（Ｃ）の回路は、図７（Ｄ）のブリッジ回路と同一である。すなわち、図７（Ａ）に示される電力回生回路と、図７（Ｄ）に示されるブリッジ回路とは等価回路である。
【００４６】
また、図８（Ａ）に示される電力回生回路は、図７（Ａ）を用いて説明した電力回生回路と逆特性を有するものであり、図７を用いて説明した場合と同様に、図８（Ｂ）と同一であり、ここでも、コンデンサ３５とコンデンサ４５とは同一の定格であるため、図８（Ｂ）の回路に対する等価回路である図８（Ｃ）の回路の内部コンデンサは、コンデンサ３５（あるいはコンデンサ４５）と等しくなる。
【００４７】
そして、図８（Ｃ）の回路は、図８（Ｄ）のブリッジ回路と同一である。すなわち、図８（Ａ）に示される電力回生回路と、図８（Ｄ）に示されるブリッジ回路とは等価回路である。
【００４８】
そして、図７（Ｄ）に示されるブリッジ回路と、図８（Ｄ）に示されるブリッジ回路は同一の回路であり、平滑およびエネルギー蓄積用のコンデンサを有する、一般的な整流回路である。これらのブリッジ回路は、アンテナ３１およびアンテナ４２に対しても対称であるため、それぞれのアンテナを区別する必要はない。
【００４９】
そこで、図９（Ａ）に示すように、ブリッジ回路６１は、端子７１および端子７２、ダイオード７３乃至ダイオード７６、並びに、コンデンサ７７を有するものとして説明する。ブリッジ回路６１は、図９（Ｂ）に示されるブリッジ回路と等価回路である。
【００５０】
図９（Ａ）に示したブリッジ回路６１においても、端子７１および端子７２のいずれかを、例えば、蛍光灯の外筐などの誘導源と、オシロスコープのグランド端子などの、適当なインピーダンスで大地に接続されている点に接続した場合、誘導により発生している起電力が回生され、ダイオード７３乃至ダイオード７６により、コンデンサ７７に電荷が蓄積される。
【００５１】
更に、図１０に示されるように、ブリッジ回路６１を任意の数だけカスケード接続することにより、図４乃至図６を用いて説明した場合と同様に、より効率よく電力を回生することも可能である。
【００５２】
次に、図１１を参照して、第４の電力回生回路について説明する。
【００５３】
図１１に示される電力回生回路は、グランドレベルに対して正電圧を発生する電源発生回路をカスケード接続することによって構成されている。ダイオード９３およびダイオード９４によって、コンデンサ９５にチャージされた電圧が、端子９９および端子１００から供給可能であり、ダイオード９６およびダイオード９７によって、コンデンサ９８にチャージされた電圧が、端子１０１および端子１０２から供給可能である。
【００５４】
この場合、第１乃至第３の実施の形態とは異なり、それぞれの電圧発生源のグランドは共通ではない。すなわち、端子９９および端子１００から供給される電源と、端子１０１および端子１０２から供給される電源とは、それぞれ独立している。
【００５５】
図１１に示される電力回生回路において、コンデンサ９５およびコンデンサ９８の静電容量がいずれも２２μＦであり、アンテナ９１およびアンテナ９２を蛍光灯の外筐に、グランドに対応する端子１００および端子１０２をオシロスコープのグランド端子（適当なインピーダンスで大地に接続されている）に接続し、数分後、出力電圧が平衡に達したときの電圧は、端子９９および端子１００間で３５Ｖ、端子１０１および端子１０２間で１４Ｖであった。
【００５６】
図１１においては、カスケード接続が２段であるとして説明したが、３段以上のカスケード接続も可能であることは言うまでもない。
【００５７】
以上説明した電力回生回路においては、電力回生効率を高め、高い電圧を供給したり、複数の電源を提供することが可能となるものであった。以下、第５乃至第９の電力回生回路として、出力電圧の安定化を目的とする電力回生回路について説明する。
【００５８】
図１２を用いて、第５の電力回生回路について説明する。
【００５９】
図１２（Ａ）の電力回生回路は、ダイオード３４に代わって、定電圧ダイオード１１１が設けられている以外は、図２を用いて説明した電力回生回路の正電荷蓄積部分と基本的に同様の構成を有している。また、図１２（Ｂ）の電力回生回路は、図１２（Ａ）の電力回生回路において、ダイオード３３、コンデンサ３５、および定電圧ダイオード１１１のそれぞれの極性に逆とした電力回生回路である。
【００６０】
定電圧ダイオード１１１を用いることにより、コンデンサ３５の両端電圧は、定電圧ダイオード１１１により規定される電圧値よりも大きくなることはない。例えば、定電圧ダイオード１１１により規定される電圧値を、出力端子１１２から出力される電力の供給を受ける素子の定格にあわせて設計することにより、出力側に接続されている素子の破壊を防止することが可能となる。
【００６１】
定電圧ダイオード１１１は、その電圧出力によって、正の温度係数と、負の温度係数を有するものが存在するため、出力電圧に制限がある。そこで、ダイオード３３と、定電圧ダイオード１１１の温度特性とが、正負逆となるようにそれぞれを選択することによって、出力電圧の温度特性を向上させることが可能となる。
【００６２】
次に、図１３を参照して、第６の電力回生回路について説明する。
【００６３】
図１３の電力回生回路においては、ダイオード３３とコンデンサ３５の間に、例えばCMOSFETなどで構成されるスイッチ１２１、およびスイッチ１２１を制御するコントローラ１２２が新たに設けられている以外は、図２を用いて説明した電力回生回路の正電荷蓄積部分と基本的に同様の構成を有する。コントローラ１２２は、コンデンサ３５が放電する電圧を検出して、スイッチ１２１を制御するとともに、同一ラインから、コントローラ１２２自身の動作のための電源の供給を受ける。
【００６４】
図１３においては、出力電圧の検出と、電源の供給とを、コントローラ１２２に対して異なる入力として図示しているが、出力電圧の検出と電源の供給とは、同一の入力により行われるようにしても良いことはもちろんである。
【００６５】
コントローラ１２２は、出力電圧がある一定の範囲内の値となるように、スイッチ１２１のオンオフを制御することにより、コンデンサ３５に供給されるチャージ電流を制限する。コンデンサ３５への充電の方法は、原理的にはスイッチングレギュレータと類似しているが、図１３に示される電力回生回路においては、アンテナ３１で検出される電界による電源のインピーダンスが非常に高いため、ダイオード３３とコンデンサ３５との間にインダクタンスがなくても、ほぼ定電流により、コンデンサ３５をチャージすることができる。
【００６６】
図１４に一般的なダウンコンバータの回路例を示す。コントローラ１３６は、コンデンサ１３５に供給されるチャージ電流を制限するために、スイッチ１３２を制御する。ダウンコンバータにおいては、コンデンサ１３５に定電流を供給するために、インダクタンス１３４が接続され、インダクタンス１３４からの逆起電力によって出力側の負荷を破壊してしまうことを防止するために、フライホイールダイオード１３３が接続されている。
【００６７】
これに対して、図１３を用いて説明した電力回生回路は、インダクタンス１３４およびフライホイールダイオード１３３が不必要であり、部品点数が少ないため、低コストで回路を構成することができる。
【００６８】
図１３の電力回生回路においては、インダクタンスを備えることなくコンデンサ３５に対して定電流充電を行うので、コンデンサ３５には、三角波状のリップルが発生する。このレベルは、コントローラ１２２の制御によって設定可能である。また、出力端子１２３に接続されている負荷の負荷変動に対しても、コントローラ１２２により、スイッチ１２１のスイッチングを制御することにより、通常のスイッチングレギュレータの場合と同様に、出力端子１２３からの出力を制御することが可能である。
【００６９】
コントローラ１２２は、消費電流値の小さなマイクロコントローラなどで構成される。コントローラ１２２は、通常のスイッチングレギュレータのように、スイッチ１２１のオンオフを、例えば、１００Hz程度の周波数で制御する必要はない。従って、コントローラ１２２は、更に、クロック周波数を下げて使用することによって、数μＡ程度の消費電流とすることができる。
【００７０】
次に、図１５を参照して、第７の電力回生装置について説明する。
【００７１】
スイッチ１４１およびスイッチ１４２は、コントローラ１４６によって制御される。コントローラ１４６は、コンデンサ１４５が放電する電圧を検出して、スイッチ１４１を制御するとともに、スイッチ１４１の制御に連動して、スイッチ１４２を制御し、コンデンサ１４３およびコンデンサ１４４のうちのいずれかに蓄積された電荷を、コンデンサ１４５に供給させるとともに、同一ラインから、コントローラ１４６自身の動作のための電源の供給を受ける。
【００７２】
アンテナ３１によって得られた、電界による電力は、スイッチ１４１によって、コンデンサ１４３もしくはコンデンサ１４４に供給されて、蓄積される。スイッチ１４１には、オープン端子も設けられており、コントローラ１４６は、コンデンサ１４５の出力電圧を検出し、その出力電圧がある一定の値を超えないように、必要に応じて、ダイオード３３の出力を、スイッチ１４１のオープン端子に接続させる。
【００７３】
コンデンサ１４３およびコンデンサ１４４の静電容量が等しい場合、コンデンサ１４３とコンデンサ１４４とは、スイッチ１４１によって、基本的に、同一の時間ずつダイオード３３と接続されるものとするが、それぞれのオンデューティーが異なるように制御するようにしても良い。
【００７４】
コンデンサ１４３およびコンデンサ１４４に蓄積された電荷は、スイッチ１４２を介して、コンデンサ１４５に蓄積される。スイッチ１４２は、コントローラ１４６の制御に従って、コンデンサ１４３、もしくはコンデンサ１４４のうち、アンテナ３１、ダイオード３４およびスイッチ１４１を介して、電荷の蓄積中（充電中）ではない方が、コンデンサ１４５に接続され、蓄積された電荷を放出（放電）するように切替えられる。
【００７５】
コンデンサ１４５は、コンデンサ１４３およびコンデンサ１４４の静電容量より大きな静電容量を有する素子が選択される。例えば、コンデンサ１４３およびコンデンサ１４４の静電容量が１０μＦであり、チャージ後の電圧が５０Ｖであるとすると、コンデンサ１４５の静電容量が１００μＦであれば、電荷Ｑ＝静電容量Ｃ×電圧Ｖが成り立ち、電荷が保存されるので、出力電圧として５Ｖが得られる。すなわち、小さな容量のコンデンサ１４３およびコンデンサ１４４に、アンテナ３１によって得られる電界による電力を高電圧で蓄積し、それを大きな容量のコンデンサに供給することにより、エネルギーロスを最小にして、一般的なＩＣの動作電圧付近に電圧を下げ、電流容量をあげることが可能となる。
【００７６】
次に、図１６を参照して、第８の電力回生装置について説明する。
【００７７】
図１６の電力回生回路は、コントローラ１４６の電力供給源として、図１２を用いて説明した電力回生回路が、電源供給回路１５１として用いられている以外は、図１５を用いて説明した電力回生回路と基本的に同様の構成を有している。
【００７８】
すなわち、図１５を用いて説明した電力回生回路においては、コントローラ１４６は、コンデンサ１４５の出力のうちの一部を動作に必要な電源として利用していたので、出力端子１２３から出力される電力にロスが生じる。それに対して、図１６の電力回生回路においては、コントローラ１４６は、定電圧ダイオード１１１により出力電圧が一定に制限されている電源供給回路１５１から、動作に必要な電源の供給を受けるようになされている。
【００７９】
ここで、電源供給回路１５１のコンデンサ３５の静電容量を、コンデンサ１４５の静電容量より小さく設定することにより、コンデンサ１４５から蓄積された電荷が放出され、出力端子１２３から電力が供給されるよりも先に、コントローラ１４６に電源が供給され、コントローラ１４６が動作開始するようにすることが可能である。
【００８０】
次に、図１７を参照して、第９の電力回生装置について説明する。
【００８１】
電源供給回路１５１から供給される電圧は、定電圧ダイオード１１１の定格に基づく一定の値となる。図１７の電力回生回路においては、電源供給回路１５１の出力をトランジスタ１７１のベースに供給して、トランジスタ１７１のベースエミッタ電圧をクランプして定電圧化し、出力端子１２３から一定の電圧の電源を供給するようになされている。
【００８２】
図１７の電力回生回路においては、例えば、出力端子１２３に接続された負荷の値が小さくなり、電流が増加してしまうような場合においても、出力端子１２３からの出力電圧は、コンデンサ３５の端子電圧よりも低い値において、出力の安定化を図ることが可能となる。
【００８３】
図１７の電力回生回路は、コレクタエミッタ電圧の分、回生した電力を無駄に消費してしまうことになるが、スイッチングレギュレータを組み込むよりも、非常に簡単な回路構成で、充分実用可能な定電圧の電力回生回路を提供することが可能である（すなわち、低コストの電力回生回路を提供することが可能である）。
【００８４】
なお、図１７においては、電源供給回路１５１を用いて、トランジスタ１７１のベースに一定電圧を供給することとして説明しているが、トランジスタ１７１のベースに一定電圧を供給することが可能であれば、電源供給回路１４１に代わって、異なる構成を有する回路を利用するようにしても良い。
【００８５】
再び、図１の説明に戻る。図２乃至図１７を用いて説明した電力回生回路によって発生された高電圧を用いて図１の充放電回路のコンデンサ６乃至コンデンサ８が充電され、充電された電荷が、コンデンサ６乃至コンデンサ８から放電される際に、低電圧、高電流に変換される。
【００８６】
図１の充放電回路において、充電時には、スイッチ２が閉じられ、出力側のスイッチ３が開かれるので、抵抗４を介して、直列に接続されているコンデンサ６、ダイオード９、コンデンサ７、ダイオード１０、およびコンデンサ８に電流が流れ、コンデンサ６乃至コンデンサ８が充電される。
【００８７】
そして、放電時には、スイッチ２が開かれ、スイッチ３が閉じられるので、コンデンサ６乃至コンデンサ８に充電された電荷が放電され、負荷である抵抗５で消費される。このとき、ダイオード９およびダイオード１０は逆バイアスとなるので、電流が流れない。従って、コンデンサ６は、ダイオード１１を介して、抵抗５のプラス側に接続され、ダイオード１２を介して、抵抗５のグランド側に接続される。同様に、コンデンサ７は、ダイオード１３を介して、抵抗５のプラス側に接続され、ダイオード１４を介して、抵抗５のグランド側に接続され、コンデンサ８は、ダイオード１５を介して、抵抗５のプラス側に接続され、ダイオード１６を介して、抵抗５のグランド側に接続される。すなわち、コンデンサ６乃至コンデンサ８は、スイッチ３と抵抗５に対して、並列に接続される。
【００８８】
図１８に、図１を用いて説明した充放電回路を用いて充放電を行った場合の実験波形を示す。
【００８９】
図１８においては、電源１の出力が１０Ｖ、抵抗４および抵抗５の抵抗値が１ｋΩ、コンデンサ６乃至コンデンサ８の静電容量が１０μＦという条件の基で充放電が行われたものとする。
【００９０】
時刻ｔ１において、スイッチ３が開かれている状態で、スイッチ２が閉じられる。コンデンサ６乃至コンデンサ８は充電され、コンデンサ６、ダイオード９、コンデンサ７、ダイオード１０、およびコンデンサ８の合計の電圧値Ｖ１は、電源１の電圧と同じ値である１０Ｖとなる。コンデンサ６乃至コンデンサ８の充電完了時には、充電電流が殆ど０となるため、ダイオード９およびダイオード１０の順方向ドロップは、殆ど無視できる電圧となる。すなわち、コンデンサ６乃至コンデンサ８には、充電完了時に、合計１０Ｖ充電される。
【００９１】
そして、時刻ｔ２に、スイッチ２が開かれた場合、ダイオード９およびダイオード１０により、電圧Ｖ１が見えなくなる。
【００９２】
その後、時刻ｔ３に、スイッチ２が開かれた状態で、スイッチ３が閉じられる。すなわち、コンデンサ６乃至コンデンサ８の放電が開始される。上述したように、コンデンサ６乃至コンデンサ８は、負荷である抵抗５に対して並列接続であるので、スイッチ３が閉じられた瞬間、すなわち、放電が開始された瞬間の電圧Ｖ１は、コンデンサ６乃至コンデンサ８のそれぞれの両端電圧値に等しくなる。従って、電圧Ｖ１は、理論上は、１０Ｖの１／３となるはずである。そして、実験においては、３．５Ｖが観測された。
【００９３】
そして、抵抗５の両端にかかる電圧Ｖ２は、２．０Ｖが観測された。これは、負荷である抵抗５から見ると、コンデンサ６乃至コンデンサ８のそれぞれに、２つのダイオードがシリーズで接続されているためである。それに対して、充電側でも、ダイオード９およびダイオード１０がシリーズで接続されているが、上述したように、充電完了時には、充電電流が殆ど０となるため、ダイオード９およびダイオード１０の順方向ドロップは、殆ど無視できる電圧となる。
【００９４】
なお、図１においては、コンデンサ６乃至コンデンサ８の３つのコンデンサを用いて充放電を行うものとして説明したが、コンデンサの数は、２以上のいかなる数でも良い。例えば、コンデンサの数が増やされた場合、より高い電圧で充電が行われ（この場合、コンデンサの容量は、個々の容量よりも見かけ上減少する）、低い電圧で放電が行われる（この場合のコンデンサの全容量は、全てのコンデンサの容量の合計となる）。
【００９５】
また、この例においては、回路に用いられるコンデンサの静電容量は同一であるものとして説明したが、回路に用いられるコンデンサの静電容量が、個々に異なっても、充放電において何ら電気的問題を発生するものではない。従って、回路に用いられるコンデンサの静電容量は、必ずしも同一である必要はない。
【００９６】
図１を用いて説明した充放電回路によると、複数のコンデンサに直列で電荷が充電され、放電時には、コンデンサが並列に接続された状態で負荷に接続されるので、利用価値の低い高電圧、低電流の起電力を、様々な用途に利用することが可能な低電圧、高電流に変換して出力することが可能となる。
【００９７】
次に、図１９を参照して、本発明を適応した充放電回路の第２の実施の形態について説明する。
【００９８】
なお、図１における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する（以下、同様）。
【００９９】
すなわち、図１９の充放電回路においては、図１の充放電回路のダイオード１６が省略されている以外は、図１を用いて説明した充放電回路と同一の構成を有しているので、その詳細については省略する。
【０１００】
図１９の充放電回路は、図１の充放電回路と比較して、部品点数が少なく、充電側と放電側のグランドを共通にできるという利点がある。
【０１０１】
図２０に、図１９の充放電回路を用いて充放電を行った場合の実験波形を示す。
【０１０２】
図２０においても、図１８における場合と同様に、図１９に示される充放電回路において、電源１の出力が１０Ｖ、抵抗４および抵抗５の抵抗値が１ｋΩ、コンデンサ６乃至コンデンサ８の静電容量が１０μＦという条件の基で充放電が行われたものとする。
【０１０３】
この場合、時刻ｔ２から時刻ｔ３との間、すなわち、スイッチ２およびスイッチ３が開いた状態において、入力側の電圧Ｖ１に、並列のコンデンサ６乃至コンデンサ８のそれぞれの両端電圧値３Ｖが観測されるが、出力側に影響を与えるものではなく、時刻ｔ３において、スイッチ３を閉じた後は、図１８を用いて説明した場合と同様に、コンデンサ６乃至コンデンサ８の放電が観測される。
【０１０４】
厳密には、抵抗５の両端にかかる電圧Ｖ２のうち、コンデンサ８の両端電圧は、ダイオード１６が省略されている分、第１の実施の形態における場合より上昇するため、時刻ｔ３において、スイッチ３を閉じた瞬間の放電側の電圧値は、図１８における場合よりもダイオード１つ分に対応する電圧ドロップ分だけ上昇するはずであるが、その電圧の上昇は、実験において観測することができない程度のものであった。
【０１０５】
次に、図２１を参照して、本発明を適応した充放電回路の第３の実施の形態について説明する。
【０１０６】
図２１の充放電回路においては、図１９の充放電回路のダイオード１１が省略されている以外は、図１９を用いて説明した充放電回路と同一の構成を有しているので、その詳細については省略する。
【０１０７】
図２１の充放電回路は、図１９の充放電回路と同様に、充電側と放電側のグランドを共通にできるという利点があり、更に、部品点数が少ない。
【０１０８】
図２２に、図２１の充放電回路を用いて充放電を行った場合の実験波形を示す。
【０１０９】
図２２においても、図１８および図２０における場合と同様に、図２１に示される充放電回路において、電源１の出力が１０Ｖ、抵抗４および抵抗５の抵抗値が１ｋΩ、コンデンサ６乃至コンデンサ８の静電容量が１０μＦという条件の基で充放電が行われたものとする。
【０１１０】
この場合においても、図２０を用いて説明した場合と同様に、時刻ｔ２から時刻ｔ３との間、すなわち、スイッチ２およびスイッチ３が開いた状態において、入力側の電圧Ｖ１に、並列のコンデンサ６乃至コンデンサ８のそれぞれの両端電圧値３Ｖが観測される。また、時刻ｔ３において、スイッチ３を閉じた瞬間の放電側の電圧値については、図１８における場合よりもダイオード１１およびダイオード１６が省略されたため、コンデンサ６およびコンデンサ８の両端電圧の電圧ドロップに対応する電圧値の上昇（２．０Ｖから２．３Ｖに上昇）が観測された。この場合、直列に接続するコンデンサの数が増加しても、ダイオードは、両端の２箇所しか省略できないため、全体としての電圧増加は減少する。
【０１１１】
次に、図２３を参照して、本発明を適応した充放電回路の第４の実施の形態について説明する。図２３の充放電回路は、充放電回路を２系統使用し、交互に充放電を実行するものである。
【０１１２】
誘導電圧検出部１８１は、例えば、アンテナなどであり、グランド１８２は、誘導電圧の基準であって、例えば、２０ｃｍ×２０ｃｍの金属板を床に置いたものなどであり、図２を用いて説明した場合と同様に、空中に存在する誘導起電力が検出され、ダイオード１９１およびダイオード１９２より、コンデンサ１９３に直流電荷（正電荷）が蓄えられる。すなわち、誘導電圧検出部１８１、グランド１８２、ダイオード１９１、ダイオード１９２、およびコンデンサ１９３で、図１、図１９、および図２１の電源１を構成している。
【０１１３】
また、ダイオード１９４および１９５によって、コンデンサ１９６にも電荷が蓄積される。分周器１９７は、コンデンサ１９６に蓄積された電荷を動作電力とし、誘導電圧検出部１８１およびグランド１８２によって検出される電圧の半波整流波を入力クロックとして動作する。例えば、商用電源の誘導を検出している場合、分周器１９７の入力クロックは、５０Ｈｚ、もしくは６０Ｈｚとなる。
【０１１４】
スイッチ２０２およびスイッチ２０５は、分周器１９７の出力クロックによって、開閉される。インバータ１９８は、分周器１９７の出力クロックを反転する。スイッチ２０１およびスイッチ２０６は、インバータ１９８によって反転された分周器１９７の出力クロックによって、開閉される。
【０１１５】
スイッチ２０１が閉じられ、スイッチ２０２が開かれている場合、充放電回路２０７−１は充電され、スイッチ２０１が開かれ、スイッチ２０２が閉じられている場合、充放電回路２０７−１は放電し、放電された電荷は、負荷２０３によって消費される。コンデンサ２０４は、いわゆるバイパスコンデンサである。
【０１１６】
スイッチ２０５が閉じられ、スイッチ２０６が開かれている場合、充放電回路２０７−２は充電され、スイッチ２０５が開かれ、スイッチ２０６が閉じられている場合、充放電回路２０７−２は放電し、放電された電荷は、負荷２０３によって消費される。
【０１１７】
充放電回路２０７−１および充放電回路２０７−２は、図２１を用いて説明した充放電回路と同様のコンデンサ６乃至コンデンサ８、ダイオード９、ダイオード１０、およびダイオード１２乃至ダイオード１５から構成される。なお、充放電回路２０７−１および充放電回路２０７−２は、図１９を用いて説明した充放電回路と同様に、ダイオード１１を備えるようにしても良いし、図１を用いて説明した充放電回路と同様に、ダイオード１６を備えるようにしても良いことはもちろんである。
【０１１８】
スイッチ２０１およびスイッチ２０６に供給される信号と、スイッチ２０２およびスイッチ２０５に供給される信号との論理は逆である。従って、充放電回路２０７−１が充電している状態において、充放電回路２０７−２は放電し、充放電回路２０７−１が放電している状態においては、充放電回路２０７−２は充電を行う。すなわち、負荷２０３には、常に、低電圧、高電流に変換された電源が供給される。
【０１１９】
負荷２０３に供給される電源電圧値は、誘導電圧検出部１８１により検出される電圧値によって決まるが、例えば、誘導電圧検出部１８１により検出される電圧値が１０Ｖ程度である場合、負荷２０３には、３Ｖ程度の電源電圧が供給される。図２乃至図１７を用いて説明したように、誘導電圧検出部１８１により１０Ｖ程度を検出するのは容易である。
【０１２０】
以上説明した充放電回路においては、電源１として、図２乃至図１７を用いて説明した、空間の誘導起電力（例えば、商用電源やインバータ方式の蛍光灯の誘導電圧）を基にして充電を行うものとして説明したが、例えば、圧電素子に所定の圧力を与えることにより発生するパルス性の電圧を収集して変換し、負荷に供給することも可能である。
【０１２１】
図２４を参照して、本発明を適応した充放電回路を用いた電源供給システムについて説明する。
【０１２２】
床材２２１−１乃至床材２２１−ｎは、例えば、人がその上を歩行したり、荷物を積んだ台車などが通過することなどにより、若干のたわみを発生する床材であり、支材２２２−１−１および支材２２２−１−２、支材２２２−２−１および支材２２２−２−２、並びに支材２２２−ｎ−１および支材２２２−ｎ−２によって、それぞれ支えられている。
【０１２３】
圧電素子２２３−１乃至圧電素子２２３−ｎは、床材２２１−１乃至床材２２１−ｎの下部（人などが歩行時に触れる面の逆の面）に取り付けられており、床材２２１−１乃至床材２２１−ｎのたわみにより、圧力を受け、電圧を発生する。
【０１２４】
ここで、圧電素子とは、電圧をかけると伸び縮みし、逆に圧力がかかり伸び縮みすると電圧を発生する性質をもった素子であり、水晶の単結晶や、セラミックス、プラスチックの一部に、このような性質を有する物質がある。
【０１２５】
圧電素子２２３−１乃至圧電素子２２３−ｎで発生した電圧は、充放電回路２２４−１乃至充放電回路２２４−ｎによって、高電圧、低電流から、低電圧、高電流に変換され、コンデンサ２３１に供給されて、蓄積される。そして、スイッチ２３２が閉じられた場合、コンデンサ２３１に蓄積された電荷が、負荷２３３に供給される。
【０１２６】
なお、充放電回路２２４−１乃至充放電回路２２４−ｎには、図１、図１９、図２１、もしくは図２３を用いて説明した充放電回路のうち、いずれの充放電回路を用いても良い。
【０１２７】
圧電素子２２３−１乃至圧電素子２２３−ｎをその下部に備え付けた床材２２１−１乃至床材２２２１−ｎを、例えば、駅の階段などの、大勢の人が常に歩行する場所に設置することにより、利用しやすい電圧値で、ある程度の電流値を有する電源電圧を供給することが可能となる。
【０１２８】
図２４を用いて説明した充放電回路を用いた電源供給システムから出力される電源に対して、更に、既存の技術を用いて安定化を施すことにより、より一層利用範囲の広い電源供給システムを構築することが可能であることは言うまでもない。
【０１２９】
また、圧電素子２２３−１乃至圧電素子２２３−ｎの設置場所は、図２４を用いて説明した床材２２１−１乃至床材２２１−ｎの下部に限らない。例えば、靴の中に圧電素子を設けて、ユーザの歩行動作により発生する電圧を蓄積して、利用しやすい電圧値および電流値に変換するようにすることも可能である。
【０１３０】
更に、充放電回路に電荷を充電するための電源としては、上述した誘導起電力や圧電素子に加えられた圧力のみならず、例えば、雷や静電気などの自然放電源を用いることも可能である。その場合も、同様にして、上述した充放電回路を用いて、短時間に発生する高電圧を利用しやすい電圧値および電流値に変換し、負荷に供給することができる。
【０１３１】
以上説明した充放電回路を用いることにより、発電所等から供給される電源ではない、ローカルな電源を簡単に得ることができる。従って、環境に負荷を与えず、従来では利用することができなかった、無駄な、あるいは邪魔な発生電圧を、利用しやすい電圧値および電流値に変換し、例えば、ウェアラブルコンピューティング（身体装着可能なコンピュータを利用すること）、もしくは、ユービキタスコンピューティング環境（ユービキタス：偏在性、すなわち、いたるところにコンピュータが存在する環境）の電力供給源として有効に利用することができる。
【０１３２】
なお、本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。
【０１３３】
【発明の効果】
本発明の第１の電力供給装置および方法によれば、圧電素子が発生するパルス性の電力などの、低電流高電圧の電力を、利用しやすい高電流低電圧の電力に変換することができる。
【０１３４】
本発明の第２の電力供給装置および方法によれば、圧電素子が発生するパルス性の電力などの、低電流高電圧の電力を、利用しやすい高電流低電圧の電力に変換して、負荷に常に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適応した充放電回路の第１の実施の形態について説明するための図である。
【図２】図１の電源に対応する第１の電力回生装置について説明するための図である。
【図３】図２の電力回生回路の出力電圧について説明するための図である。
【図４】図１の電源に対応する第２の電力回生装置について説明するための図である。
【図５】図４の電力回生回路の詳細な回路図である。
【図６】図４の電力回生回路の出力電圧について説明するための図である。
【図７】ダイオードブリッジについて説明するための図である。
【図８】ダイオードブリッジについて説明するための図である。
【図９】図１の電源に対応する第３の電力回生装置について説明するための図である。
【図１０】図９のダイオードブリッジのカスケード接続について説明するための図である。
【図１１】図１の電源に対応する第４の電力回生装置について説明するための図である。
【図１２】図１の電源に対応する第５の電力回生装置について説明するための図である。
【図１３】図１の電源に対応する第６の電力回生装置について説明するための図である。
【図１４】一般的なダウンコンバータについて説明するための図である。
【図１５】図１の電源に対応する第７の電力回生装置について説明するための図である。
【図１６】図１の電源に対応する第８の電力回生装置について説明するための図である。
【図１７】図１の電源に対応する第９の電力回生装置について説明するための図である。
【図１８】図１の充放電回路の充放電電圧について説明するための図である。
【図１９】本発明を適応した充放電回路の第２の実施の形態について説明するための図である。
【図２０】図１９の充放電回路の充放電電圧について説明するための図である。
【図２１】本発明を適応した充放電回路の第３の実施の形態について説明するための図である。
【図２２】図２１の充放電回路の充放電電圧について説明するための図である。
【図２３】本発明を適応した充放電回路の第４の実施の形態について説明するための図である。
【図２４】本発明を適応した充放電回路を用いた電源供給システムについて説明するための図である。
【符号の説明】
１ 電源， ２，３ スイッチ， ４，５ 抵抗， ６乃至８ コンデンサ，９乃至１６ ダイオード， １９７ 分周器， １９８ インバータ， ２０１，２０２，２０５，２０６ スイッチ， ２０７ 充放電回路， ２２３ 圧電素子， ２２４ 充放電回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power supply apparatus and method, for example, converting low-current high-voltage power, such as inductive power or a pulsed voltage generated by a piezoelectric element, into easy-to-use high-current low-voltage power. The present invention relates to a power supply apparatus and method capable of performing the above.
[0002]
[Prior art]
In the living space, for example, there is a power source that discharges instantaneously because it has a pulse property such as discharge due to static electricity and a relatively high voltage value but a low current value. In addition, there are inductive power supplies that have a very high voltage but a very small current, such as an inverter fluorescent lamp and an induced electromotive force generated near a commercial power source.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, these power sources are rarely used as energy because they have a short generation time, a relatively high voltage value, and a small current value.
[0004]
The present invention has been made in view of such a situation, and converts a low-current pulse voltage that exists in the environment into a voltage value and a current value that are easy to use, and does not give a load to the environment. Is to be able to provide.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The first power supply device of the present invention is a flooring that generates deflection due to a force applied from above, a power supply source that is provided at a lower portion of the flooring and supplies power generated by pressure due to the deflection of the flooring, A charge / discharge circuit comprising a plurality of capacitors and a plurality of diodes, a first switch for controlling the supply of power from the power supply source to the charge / discharge circuit, and a predetermined amount of power charged in the plurality of capacitors of the charge / discharge circuit And a second switch for controlling the supply to the load, and in the charge / discharge circuit, when the plurality of capacitors are charged from the power supply source by the first switch, the second switch is connected in series with the power supply source. When connected and discharged to the load by the second switch, a plurality of capacitors and a plurality of diodes are connected so that the plurality of capacitors are connected in parallel to the load. The capacitances of the plurality of capacitors in the charge / discharge circuit are all equal, and the charge / discharge circuit has the same ground level on the charge side and the discharge side. It is characterized by that.
[0011]
A first power supply method of the present invention includes a flooring that generates a deflection due to a force applied from above, and a power supply source that is provided at a lower portion of the flooring and supplies power generated by a pressure due to the deflection of the flooring. A power supply method for a power supply apparatus comprising: a power supply step for supplying power; a power charge / discharge step for charging / discharging power by a charge / discharge circuit comprising a plurality of capacitors and a plurality of diodes; and a power supply source A first control step for controlling the supply of power to the charging / discharging circuit from the first, and a second control step for controlling the supply of the power charged in the plurality of capacitors of the charging / discharging circuit to a predetermined load, In the charging / discharging circuit, when the plurality of capacitors are charged from the power supply source by the process of the first control step, they are connected in series to the power supply source, and are processed by the process of the second control step. When discharging to the load is to be connected in parallel to the load, it is connected to a plurality of capacitors and a plurality of diodes The capacitances of the plurality of capacitors in the charge / discharge circuit are all equal, and the charge / discharge circuit has the same ground level on the charge side and the discharge side. It is characterized by that.
[0012]
The second power supply device of the present invention is a flooring that generates deflection due to a force applied from above, a power supply source that is provided at the lower part of the flooring and supplies power generated by pressure due to the deflection of the flooring, A power supply device that includes a plurality of voltage conversion circuits that are charged with power supplied from a power supply source and that convert and discharge a voltage value of the charged voltage, the voltage conversion circuit including a plurality of capacitors and a plurality of diodes A charge / discharge circuit comprising: a first switch for controlling power supply from the power supply source to the charge / discharge circuit; and controlling supply of power charged in a plurality of capacitors of the charge / discharge circuit to a predetermined load In the charging / discharging circuit, when the plurality of capacitors are charged from the power supply source by the first switch, they are connected in series to the power supply source, and the second switch Negative by When it is discharged, as will be connected in parallel to the load, it is connected to a plurality of capacitors and a plurality of diodes, The electrostatic capacitances of the plurality of capacitors in the charge / discharge circuit are all equal, and the charge / discharge circuit has a common ground level on the charge side and the discharge side, One of the plurality of voltage conversion circuits always supplies power to the load when another voltage conversion circuit discharges during charging of the predetermined voltage conversion circuit.
[0016]
A pulse generation circuit that generates a reference clock pulse and an inverter that inverts the logic of the reference clock pulse generated by the pulse generation circuit can be further provided. The output of the pulse generation circuit or the output of the inverter One of them opens and closes the first switch of the first voltage conversion circuit of the plurality of voltage conversion circuits and the second switch of the second voltage conversion circuit of the plurality of voltage conversion circuits And the other controls the opening and closing of the second switch of the first voltage conversion circuit and the first switch of the second voltage conversion circuit.
[0017]
The second power supply method of the present invention includes a flooring that generates deflection due to a force applied from above, a power supply source that is provided at a lower portion of the flooring and supplies power generated by pressure due to the deflection of the flooring, A power supply method for a power supply apparatus that includes a plurality of voltage conversion circuits that are charged with power supplied from a power supply source and that convert and discharge a voltage value of the charged voltage, wherein the voltage conversion step in the voltage conversion circuit includes: A charging / discharging circuit comprising a plurality of capacitors and a plurality of diodes, a power charging / discharging step for charging / discharging power, a first control step for controlling power supply from the power supply source to the charging / discharging circuit, A second control step for controlling supply of power charged in the plurality of capacitors of the discharge circuit to a predetermined load. In the charge / discharge circuit, the plurality of capacitors are processed in the first control step. Is connected in series to the power supply source when charged from the power supply source, and is connected in parallel to the load when discharging to the load by the processing of the second control step. , Multiple capacitors and multiple diodes are connected, The electrostatic capacitances of the plurality of capacitors in the charge / discharge circuit are all equal, and the charge / discharge circuit has a common ground level on the charge side and the discharge side, As a result of the processing of the first control step and the second control step, the other voltage conversion circuit is discharged while the predetermined voltage conversion circuit is being charged, so that any one of the plurality of voltage conversion circuits is applied to the load. It is characterized by always supplying power.
[0018]
In the first power supply apparatus and method of the present invention, a plurality of power supply sources for supplying power generated by pressure due to the deflection of the flooring are provided at the lower part of the flooring that generates the deflection due to the force applied from above. The charge / discharge circuit is composed of a capacitor and a plurality of diodes, power is supplied, power supply from the power supply source to the charge / discharge circuit is controlled, and a predetermined amount of power charged in the plurality of capacitors of the charge / discharge circuit is determined. In the charge / discharge circuit, when charging from the power supply source by the first switch, a plurality of capacitors are connected in series to the power supply source, and the second switch Multiple capacitors and multiple diodes are connected so that they are connected in parallel to the load. The capacitances of the plurality of capacitors in the charge / discharge circuit are all equal, and the charge / discharge circuit has a common ground level on the charge side and the discharge side. .
[0019]
In the second power supply apparatus and method of the present invention, the power supplied from the power supply source that is provided at the lower part of the floor material that generates the deflection by the force applied from above and generates the electric power by the pressure generated by the deflection of the floor material. In a voltage conversion circuit that charges and discharges by converting the voltage value of the charged voltage, a charge / discharge circuit is configured by a plurality of capacitors and a plurality of diodes, and power is supplied from the power supply source to the charge / discharge circuit Is controlled, and the supply of the power charged in the plurality of capacitors of the charge / discharge circuit to the predetermined load is controlled. In the charge / discharge circuit, when charging from the power supply source by the first switch, If the capacitor is connected in series with the power supply and is discharged to the load by the second switch, a plurality of capacitors are connected in parallel to the load. Capacitor and a plurality of diodes are connected, The electrostatic capacitances of the plurality of capacitors in the charge / discharge circuit are all equal, and the charge / discharge circuit has a common ground level on the charge side and the discharge side, When another voltage conversion circuit is discharged while the predetermined voltage conversion circuit is being charged, power is always supplied to the load by any one of the plurality of voltage conversion circuits.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0021]
First, referring to FIG. 1, a first embodiment of a charge / discharge circuit to which the present invention is applied will be described.
[0022]
A switch 2 is connected to the power source 1. Here, the power source 1 is a power regeneration circuit that extracts inductive power existing in the environment and generates power, and details thereof will be described later with reference to FIGS. 2 to 17. The resistor 4 is an input resistor. When the circuit of FIG. 1 is actually used, the resistor 4 is not necessarily required.
[0023]
The switch 3 is an output-side switch and is closed during discharging. The resistor 5 is an output load resistance. When the circuit of FIG. 1 is actually used, an actual load is connected instead of the resistor 5.
[0024]
Capacitors 6 to 8 are charging capacitors. The diodes 9 to 16 are rectifying diodes. The capacitors 6 to 8, and the diode 9 and the diode 10 are connected in series during charging. The diode 9 and the diode 10 are connected between the charging capacitors 6 to 8 and are reverse-biased when discharging, that is, when the switch 3 is opened and the switch 2 is closed. Capacitor 8 is disconnected (not electrically connected).
[0025]
As the diodes 9 to 16, for example, switching silicon diodes such as NEC 1S953 are used.
[0026]
The diodes 11 to 16 on the output side are provided to connect the capacitors 6 to 8 in parallel with the load (resistor 5) during discharging.
[0027]
Next, a power regeneration circuit used as the power source 1 will be described.
[0028]
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a power regeneration circuit corresponding to the power supply 1.
[0029]
In the power regeneration circuit of FIG. 2, an induced electromotive force existing in the air is detected by the antenna 31 and the ground (GND) terminal 41, and a DC charge (positive charge) is stored in the capacitor 35 from the diode 33 and the diode 34. A plus terminal 46 is provided on the plus side of the capacitor 35. That is, the potential of the antenna 31 is positive with respect to the ground terminal 41, the diode 33 is conducted, the diode 34 is a high impedance element, generates a voltage between the antenna 31 and the ground terminal 41, and is positive to the capacitor 35. Charge the charge.
[0030]
For example, when the antenna 31 is connected to an appropriate part of the outer casing of the inverter-type fluorescent lamp, the ground terminal 41 is grounded, or a wire rod of about 1 to 2 m is connected to the floor, If the capacitor 35 is a 10 μF electric field capacitor, a voltage of 30 V or more can be generated at both ends of the capacitor 35 in about 10 seconds. Since the power capacity is basically proportional to the charging time, it is possible to use the charged charge as a power source by extending the charging time.
[0031]
Then, a power regeneration circuit having a polarity opposite to that of the circuit composed of the antenna 31, the diode 33 and the diode 34, and the capacitor 35 is composed of the antenna 42, the diode 43, the diode 44, and the capacitor 45, and has a ground. Commonly connected, a negative terminal 47 is provided on the negative side of the capacitor 45. The potential of the antenna 42 becomes negative with respect to the ground terminal 41, the diode 44 is conducted, and the diode 43 generates a voltage between the antenna 42 and the ground terminal 41 as a high impedance element, and the capacitor 45 has a negative charge. Is charged.
[0032]
In a rectifier circuit that receives an AC input, even if the output is a DC component, an AC current always flows through the other side (return line side, that is, the ground) as long as the AC component flows through the input. The induced voltage of commercial power supplies and inverter type fluorescent lamps is expected to be quite high (for example, the induced voltage of a commercial power supply in a home is about 140 V peak-to-peak) and is shown in FIG. The induced voltage can be efficiently regenerated by the circuit.
[0033]
FIG. 3 shows that in the power regeneration circuit of FIG. 2, the capacitances of the capacitors 35 and 45 are both 22 μF, the antenna 31 is the outer casing of the fluorescent lamp, and the ground terminal 41 is the ground terminal of the oscilloscope (with appropriate impedance). This shows the voltage measurement curve (when no load is applied) when connected to the ground. In FIG. 3, the curve on the plus axis side is the voltage across the capacitor 35, and the curve on the minus axis side is the voltage across the capacitor 45.
[0034]
As shown in FIG. 3, after 80 seconds, the voltage across capacitor 35 is about 38V, the rate of increase begins to decrease (approaching saturation), and the voltage across capacitor 45 is about −5. 1V, not reaching saturation. In the experiment, after a few minutes, the voltage across the capacitor 35 was about 48V, and the voltage across the capacitor 45 was about 37V.
[0035]
Next, the second power regeneration circuit will be described with reference to FIGS. Note that portions corresponding to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate (hereinafter the same).
[0036]
As shown in FIG. 4, the power regeneration circuit described with reference to FIG. 2 is used as a set of power regeneration circuits 51, and the antenna 31 and the antenna 42 are connected in series (cascade connection). The regenerative efficiency of the induced power can be increased. Here, the three power regeneration circuits of the power regeneration circuit 51-1, the power regeneration circuit 51-2, and the power regeneration circuit 51-3 are connected in series, but the number of power regeneration circuits to be connected is arbitrary. A number is sufficient. In the power regeneration circuit 51-1, the power regeneration circuit 51-2, and the power regeneration circuit 51-3, the polarity of the DC component is uniquely determined internally, but externally, the AC component is completely symmetrical. Therefore, the direction of the connection is arbitrary.
[0037]
FIG. 5 is a detailed circuit diagram of the power regeneration circuit 51-1, the power regeneration circuit 51-2, and the power regeneration circuit 51-3 in FIG. In FIG. 5, the antenna 42 of the power regeneration circuit 51-1 and the antenna 31 'of the power regeneration circuit 51-2 are connected, and the antenna 42' of the power regeneration circuit 51-2 and the antenna 31 of the power regeneration circuit 51-3 are connected. ", For example, the connection direction of the power regeneration circuit 51-2 is reversed, and the antenna 42 of the power regeneration circuit 51-1 and the antenna of the power regeneration circuit 51-2 are connected. 42 ′ and the antenna 31 ′ of the power regeneration circuit 51-2 and the antenna 31 ″ of the power regeneration circuit 51-3 are also connected, the plus terminal 46 ′ and the minus from the power regeneration circuit 51-2. The output from the terminal 47 'does not change because it is an alternating current.
[0038]
In the power regeneration circuit 51-1 to power regeneration circuit 51-3 described with reference to FIGS. 4 and 5, the voltage cannot be added and used across each circuit (in each power regeneration circuit). , Become an independent power source).
[0039]
In FIG. 6, the electrostatic capacity of the internal capacitor is 100 μF / 63 V (50 μF capacitor 35 and capacitor 45 are connected in series) in each of power regeneration circuit 51-1 to power regeneration circuit 51-3 in FIG. When an antenna 42 ″ is connected to an induction source 52 such as an outer casing of a fluorescent lamp to an oscilloscope ground terminal 53 (connected to the ground with an appropriate impedance), it is obtained after a few minutes and after the circuit has stabilized. Indicates the power supply voltage (no load) value.
[0040]
In this case, in the power regeneration circuit 51-1, a voltage of 30V is generated on the plus side and 14V is generated on the minus side, and a voltage generated between the plus terminal 46 and the minus terminal 47 is about 43V. In the power regeneration circuit 51-2, a voltage of 14.1V is generated on the plus side and 12.6V is generated on the minus side, and a voltage generated between the plus terminal 46 'and the minus terminal 47' is about 26. In the power regeneration circuit 51-3, a voltage of 11.6V is generated on the plus side and 13V is generated on the minus side, and the regenerative voltage generated between the plus terminal 46 ″ and the minus terminal 47 ″ is It was about 24.3V.
[0041]
In this way, a sufficient amount of voltage is charged to the internal capacitors (capacitor 35 and capacitor 45) by cascading a plurality of power regeneration circuits.
[0042]
Next, the third power regeneration circuit will be described with reference to FIGS.
[0043]
The power regeneration circuit described with reference to FIG. 2 is a circuit in which a circuit having a reverse polarity is connected with a common ground, but FIG. 7A is a circuit in which a circuit having the same polarity is connected with a common ground. It is.
[0044]
7B is a modification of the circuit in FIG. 7A, and it is needless to say that FIG. 7A and FIG. 7B are the same circuit. Since the capacitor 35 and the capacitor 45 have the same rating here, the internal capacitor of the circuit of FIG. 7C, which is an equivalent circuit to the circuit of FIG. 7B, is the capacitor 35 (or capacitor 45). Is equal to
[0045]
The circuit in FIG. 7C is the same as the bridge circuit in FIG. That is, the power regeneration circuit shown in FIG. 7A and the bridge circuit shown in FIG. 7D are equivalent circuits.
[0046]
Further, the power regeneration circuit shown in FIG. 8A has a reverse characteristic to that of the power regeneration circuit described with reference to FIG. 7A, and similarly to the case described with reference to FIG. 8 (B), and again, the capacitor 35 and the capacitor 45 have the same rating. Therefore, the internal capacitor of the circuit of FIG. 8C, which is an equivalent circuit to the circuit of FIG. It becomes equal to the capacitor 35 (or the capacitor 45).
[0047]
The circuit in FIG. 8C is the same as the bridge circuit in FIG. That is, the power regeneration circuit shown in FIG. 8A and the bridge circuit shown in FIG. 8D are equivalent circuits.
[0048]
The bridge circuit shown in FIG. 7D and the bridge circuit shown in FIG. 8D are the same circuit, and are general rectifier circuits having smoothing and energy storage capacitors. Since these bridge circuits are also symmetric with respect to the antenna 31 and the antenna 42, it is not necessary to distinguish each antenna.
[0049]
Therefore, as illustrated in FIG. 9A, the bridge circuit 61 is described as including a terminal 71 and a terminal 72, diodes 73 to 76, and a capacitor 77. The bridge circuit 61 is an equivalent circuit to the bridge circuit shown in FIG.
[0050]
Also in the bridge circuit 61 shown in FIG. 9A, any one of the terminal 71 and the terminal 72 is connected to the ground with an appropriate impedance such as an induction source such as an outer casing of a fluorescent lamp and a ground terminal of an oscilloscope. When connected to the connected point, electromotive force generated by induction is regenerated, and charges are accumulated in the capacitor 77 by the diodes 73 to 76.
[0051]
Furthermore, as shown in FIG. 10, it is also possible to regenerate power more efficiently by cascading an arbitrary number of bridge circuits 61 as in the case described with reference to FIGS. is there.
[0052]
Next, the fourth power regeneration circuit will be described with reference to FIG.
[0053]
The power regeneration circuit shown in FIG. 11 is configured by cascading power supply generation circuits that generate a positive voltage with respect to the ground level. The voltage charged in the capacitor 95 by the diode 93 and the diode 94 can be supplied from the terminal 99 and the terminal 100, and the voltage charged in the capacitor 98 by the diode 96 and the diode 97 is supplied from the terminal 101 and the terminal 102. Is possible.
[0054]
In this case, unlike the first to third embodiments, the grounds of the respective voltage generation sources are not common. That is, the power supplied from the terminal 99 and the terminal 100 and the power supplied from the terminal 101 and the terminal 102 are independent from each other.
[0055]
In the power regeneration circuit shown in FIG. 11, the capacitances of the capacitor 95 and the capacitor 98 are both 22 μF, the antenna 91 and the antenna 92 are in the outer casing of the fluorescent lamp, and the terminal 100 and the terminal 102 corresponding to the ground are the oscilloscope. The voltage when the output voltage reaches equilibrium after a few minutes is 35V between the terminal 99 and the terminal 100, and between the terminal 101 and the terminal 102. It was 14V.
[0056]
In FIG. 11, the cascade connection is described as having two stages, but it goes without saying that cascade connection of three or more stages is also possible.
[0057]
In the power regeneration circuit described above, it is possible to increase power regeneration efficiency, supply a high voltage, or provide a plurality of power supplies. Hereinafter, as the fifth to ninth power regeneration circuits, power regeneration circuits for the purpose of stabilizing the output voltage will be described.
[0058]
The fifth power regeneration circuit will be described with reference to FIG.
[0059]
The power regeneration circuit of FIG. 12A is basically the same as the positive charge storage portion of the power regeneration circuit described with reference to FIG. 2 except that a constant voltage diode 111 is provided instead of the diode 34. It has a configuration. The power regeneration circuit in FIG. 12B is a power regeneration circuit in which the polarity of the diode 33, the capacitor 35, and the constant voltage diode 111 is reversed in the power regeneration circuit in FIG.
[0060]
By using the constant voltage diode 111, the voltage across the capacitor 35 does not become larger than the voltage value defined by the constant voltage diode 111. For example, the voltage value defined by the constant voltage diode 111 is designed according to the rating of the element that receives the power supplied from the output terminal 112, thereby preventing the element connected to the output side from being destroyed. It becomes possible.
[0061]
Since the constant voltage diode 111 has a positive temperature coefficient and a negative temperature coefficient depending on its voltage output, the output voltage is limited. Therefore, the temperature characteristics of the output voltage can be improved by selecting each of the diode 33 and the constant voltage diode 111 so that the temperature characteristics thereof are positive and negative.
[0062]
Next, the sixth power regeneration circuit will be described with reference to FIG.
[0063]
In the power regeneration circuit of FIG. 13, FIG. 2 is used except that a switch 121 composed of, for example, a CMOSFET and a controller 122 for controlling the switch 121 are newly provided between the diode 33 and the capacitor 35. The configuration is basically the same as the positive charge storage portion of the power regeneration circuit described above. The controller 122 detects the voltage discharged from the capacitor 35, controls the switch 121, and receives power from the same line for the operation of the controller 122 itself.
[0064]
In FIG. 13, the detection of the output voltage and the supply of power are illustrated as different inputs to the controller 122, but the detection of the output voltage and the supply of power are performed by the same input. Of course.
[0065]
The controller 122 limits the charge current supplied to the capacitor 35 by controlling on / off of the switch 121 so that the output voltage becomes a value within a certain range. The method of charging the capacitor 35 is similar in principle to a switching regulator. However, in the power regeneration circuit shown in FIG. 13, the impedance of the power source due to the electric field detected by the antenna 31 is very high. Even if there is no inductance between the diode 33 and the capacitor 35, the capacitor 35 can be charged with a substantially constant current.
[0066]
FIG. 14 shows a circuit example of a general down converter. The controller 136 controls the switch 132 to limit the charge current supplied to the capacitor 135. In the down converter, an inductance 134 is connected to supply a constant current to the capacitor 135, and in order to prevent the load on the output side from being destroyed by the counter electromotive force from the inductance 134, the flywheel diode 133 is used. Is connected.
[0067]
On the other hand, the power regeneration circuit described with reference to FIG. 13 does not require the inductance 134 and the flywheel diode 133 and has a small number of components, so that the circuit can be configured at low cost.
[0068]
In the power regeneration circuit of FIG. 13, constant current charging is performed on the capacitor 35 without providing an inductance, so that a ripple having a triangular wave shape is generated in the capacitor 35. This level can be set under the control of the controller 122. Also, with respect to load fluctuations of the load connected to the output terminal 123, the controller 122 controls the switching of the switch 121, so that the output from the output terminal 123 can be output as in the case of a normal switching regulator. It is possible to control.
[0069]
The controller 122 is composed of a microcontroller having a small current consumption value. The controller 122 does not need to control the on / off of the switch 121 at a frequency of about 100 Hz, for example, unlike a normal switching regulator. Therefore, the controller 122 can further reduce the current consumption by several μA by lowering the clock frequency.
[0070]
Next, a seventh power regeneration device will be described with reference to FIG.
[0071]
The switch 141 and the switch 142 are controlled by the controller 146. The controller 146 detects the voltage discharged from the capacitor 145, controls the switch 141, controls the switch 142 in conjunction with the control of the switch 141, and is stored in one of the capacitor 143 and the capacitor 144. The electric charge is supplied to the capacitor 145 and the power supply for the operation of the controller 146 is received from the same line.
[0072]
The electric power generated by the antenna 31 due to the electric field is supplied to the capacitor 143 or the capacitor 144 by the switch 141 and stored therein. The switch 141 is also provided with an open terminal, and the controller 146 detects the output voltage of the capacitor 145, and outputs the output of the diode 33 as necessary so that the output voltage does not exceed a certain value. , Connected to the open terminal of the switch 141.
[0073]
When the capacitances of the capacitor 143 and the capacitor 144 are equal, the capacitor 143 and the capacitor 144 are basically connected to the diode 33 by the switch 141 at the same time, but the on-duty of each is different. You may make it control so.
[0074]
The charges accumulated in the capacitor 143 and the capacitor 144 are accumulated in the capacitor 145 through the switch 142. According to the control of the controller 146, the switch 142 is connected to the capacitor 145 through the antenna 31, the diode 34, and the switch 141, the capacitor 143 or the capacitor 144 that is not being charged (charging), It is switched to discharge (discharge) the accumulated charge.
[0075]
As the capacitor 145, an element having a capacitance larger than that of the capacitors 143 and 144 is selected. For example, if the capacitance of the capacitor 143 and the capacitor 144 is 10 μF and the voltage after charging is 50 V, if the capacitance of the capacitor 145 is 100 μF, the charge Q = capacitance C × voltage V is Since the charge is stored, 5V is obtained as the output voltage. That is, the electric power generated by the electric field obtained by the antenna 31 is stored at a high voltage in the capacitors 143 and 144 having a small capacity, and is supplied to the capacitor having a large capacity, thereby minimizing the energy loss and reducing the energy loss. It is possible to increase the current capacity by lowering the voltage near the operating voltage.
[0076]
Next, an eighth power regeneration device will be described with reference to FIG.
[0077]
The power regeneration circuit illustrated in FIG. 16 is the power regeneration circuit described using FIG. 15 except that the power regeneration circuit described using FIG. 12 is used as the power supply circuit 151 as the power supply source of the controller 146. And basically the same configuration.
[0078]
That is, in the power regeneration circuit described with reference to FIG. 15, the controller 146 uses a part of the output of the capacitor 145 as a power source necessary for the operation, so that the power output from the output terminal 123 is used. Loss occurs. On the other hand, in the power regeneration circuit of FIG. 16, the controller 146 is supplied with power necessary for operation from the power supply circuit 151 whose output voltage is limited to a constant voltage by the constant voltage diode 111. Yes.
[0079]
Here, by setting the capacitance of the capacitor 35 of the power supply circuit 151 to be smaller than the capacitance of the capacitor 145, the accumulated charge is released from the capacitor 145 and power is supplied from the output terminal 123. First, power may be supplied to the controller 146 so that the controller 146 starts operation.
[0080]
Next, a ninth power regeneration device will be described with reference to FIG.
[0081]
The voltage supplied from the power supply circuit 151 is a constant value based on the rating of the constant voltage diode 111. In the power regeneration circuit of FIG. 17, the output of the power supply circuit 151 is supplied to the base of the transistor 171, the base emitter voltage of the transistor 171 is clamped to a constant voltage, and a constant voltage power is supplied from the output terminal 123. It is made to do.
[0082]
In the power regeneration circuit of FIG. 17, for example, even when the value of the load connected to the output terminal 123 decreases and the current increases, the output voltage from the output terminal 123 is the terminal of the capacitor 35. The output can be stabilized at a value lower than the voltage.
[0083]
The power regeneration circuit of FIG. 17 wastes the regenerated power by the amount of the collector-emitter voltage. However, the constant voltage that is sufficiently practical with a very simple circuit configuration rather than incorporating a switching regulator. Can be provided (that is, a low-cost power regeneration circuit can be provided).
[0084]
Note that in FIG. 17, the constant voltage is supplied to the base of the transistor 171 using the power supply circuit 151. However, if the constant voltage can be supplied to the base of the transistor 171, Instead of the power supply circuit 141, a circuit having a different configuration may be used.
[0085]
Returning again to the description of FIG. The capacitors 6 to 8 of the charge / discharge circuit of FIG. 1 are charged using the high voltage generated by the power regeneration circuit described with reference to FIGS. 2 to 17, and the charged charges are transferred from the capacitors 6 to 8. When discharged, it is converted into a low voltage and high current.
[0086]
In the charging / discharging circuit of FIG. 1, during charging, the switch 2 is closed and the output-side switch 3 is opened, so that a capacitor 6, a diode 9, a capacitor 7, and a diode 10 connected in series via a resistor 4. Current flows through the capacitor 8 and the capacitors 6 to 8 are charged.
[0087]
At the time of discharging, the switch 2 is opened and the switch 3 is closed, so that the charges charged in the capacitors 6 to 8 are discharged and consumed by the resistor 5 as a load. At this time, since the diode 9 and the diode 10 are reversely biased, no current flows. Accordingly, the capacitor 6 is connected to the plus side of the resistor 5 via the diode 11 and is connected to the ground side of the resistor 5 via the diode 12. Similarly, the capacitor 7 is connected to the positive side of the resistor 5 via the diode 13, is connected to the ground side of the resistor 5 via the diode 14, and the capacitor 8 is connected to the ground side of the resistor 5 via the diode 15. It is connected to the positive side and connected to the ground side of the resistor 5 via the diode 16. That is, the capacitors 6 to 8 are connected in parallel to the switch 3 and the resistor 5.
[0088]
FIG. 18 shows an experimental waveform when charging / discharging is performed using the charging / discharging circuit described with reference to FIG.
[0089]
In FIG. 18, it is assumed that charging / discharging is performed on the condition that the output of the power source 1 is 10 V, the resistance values of the resistors 4 and 5 are 1 kΩ, and the capacitances of the capacitors 6 to 8 are 10 μF.
[0090]
At time t1, switch 2 is closed while switch 3 is open. The capacitors 6 to 8 are charged, and the total voltage value V1 of the capacitor 6, the diode 9, the capacitor 7, the diode 10, and the capacitor 8 becomes 10V, which is the same value as the voltage of the power source 1. When the charging of the capacitors 6 to 8 is completed, the charging current becomes almost zero, so the forward drop of the diode 9 and the diode 10 becomes a voltage that can be almost ignored. That is, the capacitors 6 to 8 are charged with a total of 10 V when charging is completed.
[0091]
When the switch 2 is opened at time t2, the voltage V1 becomes invisible by the diode 9 and the diode 10.
[0092]
Thereafter, at time t3, the switch 3 is closed while the switch 2 is opened. That is, discharging of the capacitors 6 to 8 is started. As described above, since the capacitors 6 to 8 are connected in parallel to the resistor 5 as a load, the voltage V1 at the moment when the switch 3 is closed, that is, the moment when the discharge is started, is the capacitor 6 to It becomes equal to the voltage value across each capacitor 8. Therefore, the voltage V1 should theoretically be 1/3 of 10V. In the experiment, 3.5 V was observed.
[0093]
The voltage V2 applied across the resistor 5 was observed to be 2.0V. This is because two diodes are connected in series to each of the capacitors 6 to 8 when viewed from the resistor 5 as a load. On the other hand, although the diode 9 and the diode 10 are connected in series on the charging side, as described above, the charging current is almost 0 when charging is completed, and therefore the forward drop of the diode 9 and the diode 10 is reduced. The voltage is almost negligible.
[0094]
In FIG. 1, the charging / discharging is performed using three capacitors 6 to 8. However, the number of capacitors may be any number of 2 or more. For example, when the number of capacitors is increased, charging is performed at a higher voltage (in this case, the capacity of the capacitor is apparently reduced from the individual capacity), and discharging is performed at a lower voltage (in this case). The total capacity of the capacitor is the sum of the capacities of all capacitors).
[0095]
In this example, the capacitors used in the circuit have been described as having the same capacitance. However, even if the capacitors used in the circuit have different capacitances, there is no electrical problem in charging / discharging. Does not generate. Therefore, the capacitors used in the circuit do not necessarily have the same capacitance.
[0096]
According to the charging / discharging circuit described with reference to FIG. 1, electric charges are charged in series with a plurality of capacitors, and when discharging, the capacitors are connected in parallel and connected to the load. It becomes possible to convert a low current electromotive force into a low voltage and a high current that can be used for various purposes and to output them.
[0097]
Next, a second embodiment of a charge / discharge circuit to which the present invention is applied will be described with reference to FIG.
[0098]
Note that portions corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate (hereinafter the same).
[0099]
That is, the charge / discharge circuit of FIG. 19 has the same configuration as the charge / discharge circuit described using FIG. 1 except that the diode 16 of the charge / discharge circuit of FIG. 1 is omitted. Details are omitted.
[0100]
The charging / discharging circuit of FIG. 19 has an advantage that the number of parts is smaller than that of the charging / discharging circuit of FIG.
[0101]
FIG. 20 shows an experimental waveform when charging / discharging is performed using the charging / discharging circuit of FIG.
[0102]
20, as in FIG. 18, in the charge / discharge circuit shown in FIG. 19, the output of the power supply 1 is 10 V, the resistance values of the resistors 4 and 5 are 1 kΩ, and the capacitances of the capacitors 6 to 8 Is charged and discharged under the condition of 10 μF.
[0103]
In this case, between the time t2 and the time t3, that is, in a state where the switch 2 and the switch 3 are opened, the voltage value 3V across each of the parallel capacitors 6 to 8 is observed in the input-side voltage V1. However, this does not affect the output side. After the switch 3 is closed at time t3, the discharge of the capacitors 6 to 8 is observed as in the case described with reference to FIG.
[0104]
Strictly speaking, of the voltage V2 applied across the resistor 5, the voltage across the capacitor 8 is higher than that in the first embodiment because the diode 16 is omitted. The voltage value on the discharge side at the moment of closing is supposed to increase by a voltage drop corresponding to one diode than in the case of FIG. 18, but the increase in voltage cannot be observed in the experiment. It was a thing.
[0105]
Next, with reference to FIG. 21, a third embodiment of the charge / discharge circuit to which the present invention is applied will be described.
[0106]
The charge / discharge circuit of FIG. 21 has the same configuration as the charge / discharge circuit described with reference to FIG. 19 except that the diode 11 of the charge / discharge circuit of FIG. 19 is omitted. Is omitted.
[0107]
The charge / discharge circuit of FIG. 21 has the advantage that the ground on the charge side and the discharge side can be made common, similarly to the charge / discharge circuit of FIG. 19, and the number of parts is small.
[0108]
FIG. 22 shows experimental waveforms when charging / discharging is performed using the charging / discharging circuit of FIG.
[0109]
Also in FIG. 22, as in the case of FIGS. 18 and 20, in the charge / discharge circuit shown in FIG. 21, the output of the power source 1 is 10 V, the resistance values of the resistors 4 and 5 are 1 kΩ, and the capacitors 6 to 8 are It is assumed that charging / discharging is performed under the condition that the capacitance is 10 μF.
[0110]
Also in this case, as in the case described with reference to FIG. 20, the parallel capacitor 6 is connected to the input-side voltage V1 between the time t2 and the time t3, that is, in the state where the switch 2 and the switch 3 are opened. The voltage value 3V across the capacitor 8 is observed. Further, regarding the voltage value on the discharge side at the instant when the switch 3 is closed at the time t3, the diode 11 and the diode 16 are omitted as compared with the case in FIG. An increase in voltage value (increased from 2.0 V to 2.3 V) was observed. In this case, even if the number of capacitors connected in series is increased, the diode can be omitted at only two locations on both ends, so that the increase in voltage as a whole decreases.
[0111]
Next, a fourth embodiment of the charge / discharge circuit to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. The charging / discharging circuit of FIG. 23 uses two charging / discharging circuits and alternately performs charging / discharging.
[0112]
The induced voltage detection unit 181 is, for example, an antenna, and the ground 182 is a reference for the induced voltage. For example, a 20 cm × 20 cm metal plate is placed on the floor, and the like will be described with reference to FIG. In the same manner as in the above case, an induced electromotive force existing in the air is detected, and a DC charge (positive charge) is stored in the capacitor 193 from the diode 191 and the diode 192. That is, the induced voltage detector 181, the ground 182, the diode 191, the diode 192, and the capacitor 193 constitute the power supply 1 of FIGS. 1, 19, and 21.
[0113]
In addition, charges are also accumulated in the capacitor 196 by the diodes 194 and 195. The frequency divider 197 operates using the electric charge accumulated in the capacitor 196 as operating power, and the half-wave rectified wave of the voltage detected by the induced voltage detection unit 181 and the ground 182 as an input clock. For example, when the induction of the commercial power supply is detected, the input clock of the frequency divider 197 is 50 Hz or 60 Hz.
[0114]
The switches 202 and 205 are opened and closed by the output clock of the frequency divider 197. Inverter 198 inverts the output clock of frequency divider 197. The switches 201 and 206 are opened and closed by the output clock of the frequency divider 197 inverted by the inverter 198.
[0115]
When the switch 201 is closed and the switch 202 is opened, the charge / discharge circuit 207-1 is charged, and when the switch 201 is opened and the switch 202 is closed, the charge / discharge circuit 207-1 is discharged, The discharged electric charge is consumed by the load 203. The capacitor 204 is a so-called bypass capacitor.
[0116]
When the switch 205 is closed and the switch 206 is opened, the charge / discharge circuit 207-2 is charged, and when the switch 205 is opened and the switch 206 is closed, the charge / discharge circuit 207-2 is discharged, The discharged electric charge is consumed by the load 203.
[0117]
The charge / discharge circuit 207-1 and the charge / discharge circuit 207-2 are composed of the capacitors 6 to 8, the diode 9, the diode 10, and the diode 12 to the diode 15 similar to the charge / discharge circuit described with reference to FIG. . The charging / discharging circuit 207-1 and the charging / discharging circuit 207-2 may include the diode 11 as in the charging / discharging circuit described with reference to FIG. 19, or the charging / discharging circuit described with reference to FIG. Of course, a diode 16 may be provided in the same manner as the discharge circuit.
[0118]
The logic of the signal supplied to the switch 201 and the switch 206 and the signal supplied to the switch 202 and the switch 205 are opposite. Accordingly, the charging / discharging circuit 207-2 is discharged while the charging / discharging circuit 207-1 is charging, and the charging / discharging circuit 207-2 is charged when the charging / discharging circuit 207-1 is discharged. Do. That is, the load 203 is always supplied with power converted into a low voltage and a high current.
[0119]
The power supply voltage value supplied to the load 203 is determined by the voltage value detected by the induced voltage detector 181. For example, when the voltage value detected by the induced voltage detector 181 is about 10V, the load 203 A power supply voltage of about 3V is supplied. As described with reference to FIGS. 2 to 17, it is easy to detect about 10 V by the induced voltage detection unit 181.
[0120]
In the charge / discharge circuit described above, the power source 1 is charged based on the space induced electromotive force (for example, the induced voltage of a commercial power source or an inverter type fluorescent lamp) described with reference to FIGS. Although described as being performed, for example, it is also possible to collect and convert a pulsed voltage generated by applying a predetermined pressure to the piezoelectric element, and supply it to a load.
[0121]
A power supply system using a charge / discharge circuit to which the present invention is applied will be described with reference to FIG.
[0122]
The flooring materials 221-1 to 221-n are flooring materials that generate some deflection when a person walks on the flooring material or a cart loaded with luggage passes, for example. 222-1-1 and support member 222-1-2, support member 222-2-1 and support member 222-2-2, and support member 222-n-1 and support member 222-n-2, respectively. It has been.
[0123]
The piezoelectric elements 223-1 to 223-n are attached to the lower part of the flooring materials 221-1 to 221-n (the surface opposite to the surface that a person touches when walking), and the flooring material 221-1. Through the deflection of the floor material 221-n, a pressure is generated to generate a voltage.
[0124]
Here, a piezoelectric element is an element that has the property of expanding and contracting when a voltage is applied, and generating a voltage when pressure is applied and conversely contracting, in a single crystal of quartz, ceramics, or part of plastic, There are substances having such properties.
[0125]
The voltages generated in the piezoelectric elements 223-1 to 223-n are converted from high voltage and low current to low voltage and high current by the charge / discharge circuits 224-1 to 224-n, and the capacitor 231 To be stored. When the switch 232 is closed, the electric charge accumulated in the capacitor 231 is supplied to the load 233.
[0126]
Note that any of the charge / discharge circuits described with reference to FIG. 1, FIG. 19, FIG. 21, or FIG. 23 is used for the charge / discharge circuits 224-1 to 224-n. good.
[0127]
The flooring 221-1 to flooring 2221-n provided with the piezoelectric elements 223-1 to 223-n in the lower part thereof are installed in a place where a large number of people always walk, for example, the stairs of a station. Accordingly, it is possible to supply a power supply voltage having a certain current value with a voltage value that is easy to use.
[0128]
By further stabilizing the power source output from the power source system using the charge / discharge circuit described with reference to FIG. 24 using the existing technology, a power source system having a wider usage range can be obtained. It goes without saying that it is possible to build.
[0129]
Further, the installation locations of the piezoelectric elements 223-1 to 223-n are not limited to the lower portions of the floor materials 221-1 to 221-n described with reference to FIG. For example, it is also possible to provide a piezoelectric element in the shoe, accumulate the voltage generated by the user's walking motion, and convert it into a voltage value and a current value that are easy to use.
[0130]
Further, as a power source for charging the charge / discharge circuit, not only the above-described induced electromotive force and pressure applied to the piezoelectric element but also a natural discharge source such as lightning or static electricity can be used. . In this case, similarly, the above-described charge / discharge circuit can be used to convert a high voltage generated in a short time into a voltage value and a current value that can be easily used, and to supply them to the load.
[0131]
By using the charge / discharge circuit described above, it is possible to easily obtain a local power source that is not a power source supplied from a power plant or the like. Therefore, useless or annoying generated voltage, which has not been used in the past without giving a load to the environment, is converted into a voltage value and a current value that are easy to use, for example, wearable computing (body wearable) Or a ubiquitous computing environment (ubiquitous: uneven distribution, that is, an environment in which computers exist everywhere).
[0132]
In the present specification, the term “system” represents the entire apparatus constituted by a plurality of apparatuses.
[0133]
【Effect of the invention】
According to the first power supply apparatus and method of the present invention. , Low-current high-voltage power, such as pulsed power generated by the piezoelectric element, can be converted into easy-to-use high-current low-voltage power.
[0134]
According to the second power supply apparatus and method of the present invention. , Low-current high-voltage power, such as pulsed power generated by the piezoelectric element, can be converted into easy-to-use high-current low-voltage power and always supplied to the load.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a first embodiment of a charge / discharge circuit to which the present invention is applied;
FIG. 2 is a diagram for describing a first power regeneration device corresponding to the power supply of FIG. 1;
3 is a diagram for explaining an output voltage of the power regeneration circuit in FIG. 2; FIG.
4 is a diagram for explaining a second power regeneration device corresponding to the power source of FIG. 1; FIG.
FIG. 5 is a detailed circuit diagram of the power regeneration circuit of FIG. 4;
6 is a diagram for explaining an output voltage of the power regeneration circuit of FIG. 4; FIG.
FIG. 7 is a diagram for explaining a diode bridge;
FIG. 8 is a diagram for explaining a diode bridge;
9 is a diagram for explaining a third power regeneration device corresponding to the power supply of FIG. 1; FIG.
10 is a diagram for explaining cascade connection of the diode bridge of FIG. 9; FIG.
11 is a diagram for explaining a fourth power regeneration device corresponding to the power supply of FIG. 1; FIG.
12 is a diagram for explaining a fifth power regeneration device corresponding to the power supply of FIG. 1; FIG.
FIG. 13 is a diagram for explaining a sixth power regeneration device corresponding to the power supply of FIG. 1;
FIG. 14 is a diagram for explaining a general down converter.
15 is a diagram for explaining a seventh power regeneration device corresponding to the power supply of FIG. 1; FIG.
16 is a diagram for explaining an eighth power regeneration device corresponding to the power supply of FIG. 1; FIG.
FIG. 17 is a diagram for explaining a ninth power regeneration device corresponding to the power supply of FIG. 1;
18 is a diagram for explaining a charge / discharge voltage of the charge / discharge circuit of FIG. 1; FIG.
FIG. 19 is a diagram for explaining a second embodiment of a charge / discharge circuit to which the present invention is applied;
20 is a diagram for explaining a charge / discharge voltage of the charge / discharge circuit of FIG. 19;
FIG. 21 is a diagram for explaining a third embodiment of the charge / discharge circuit to which the present invention is applied;
22 is a diagram for explaining a charge / discharge voltage of the charge / discharge circuit of FIG. 21;
FIG. 23 is a diagram for explaining a fourth embodiment of a charge / discharge circuit to which the present invention is applied;
FIG. 24 is a diagram for explaining a power supply system using a charge / discharge circuit to which the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
1 power source, 2, 3 switch, 4,5 resistor, 6 to 8 capacitor, 9 to 16 diode, 197 frequency divider, 198 inverter, 201, 202, 205, 206 switch, 207 charge / discharge circuit, 223 piezoelectric element, 224 Charge / discharge circuit

Claims (5)

上から加わる力によりたわみを発生する床材と、
前記床材の下部に設けられ、前記床材のたわみによる圧力で発生する電力を供給する電力供給源と、
複数のコンデンサと複数のダイオードとからなる充放電回路と、
前記電力供給源から前記充放電回路への電力の供給を制御する第１のスイッチと、
前記充放電回路の複数の前記コンデンサに充電された電力の所定の負荷への供給を制御する第２のスイッチと
を備え、
前記充放電回路では、複数の前記コンデンサが、前記第１のスイッチにより、前記電力供給源から充電される場合には、前記電力供給源に対して直列に接続され、前記第２のスイッチにより、前記負荷に放電する場合には、前記負荷に対して並列に接続されるように、複数の前記コンデンサおよび複数の前記ダイオードが接続されており、
前記充放電回路の複数の前記コンデンサの静電容量は全て等しく、
前記充放電回路は、充電側と放電側のグランドレベルが共通である
電力供給装置。Flooring that generates deflection due to the force applied from above,
A power supply source that is provided at a lower portion of the flooring and supplies power generated by pressure due to the deflection of the flooring;
A charge / discharge circuit comprising a plurality of capacitors and a plurality of diodes;
A first switch for controlling power supply from the power supply source to the charge / discharge circuit;
A second switch for controlling supply of power charged in the capacitors of the charge / discharge circuit to a predetermined load;
In the charge / discharge circuit, when the plurality of capacitors are charged from the power supply source by the first switch, the capacitors are connected in series to the power supply source, and the second switch When discharging to the load, a plurality of the capacitors and a plurality of the diodes are connected so as to be connected in parallel to the load ,
The capacitances of the capacitors of the charge / discharge circuit are all equal,
The charge / discharge circuit is a power supply apparatus in which a ground level on a charge side and a discharge side are common . 上から加わる力によりたわみを発生する床材と、前記床材の下部に設けられ、前記床材のたわみによる圧力で発生する電力を供給する電力供給源とを備える電力供給装置の電力供給方法であって、
電力を供給する電力供給ステップと、
複数のコンデンサと複数のダイオードとからなる充放電回路により、電力を充放電する電力充放電ステップと、
前記電力供給源から前記充放電回路への電力の供給を制御する第１の制御ステップと、
前記充放電回路の複数の前記コンデンサに充電された電力の所定の負荷への供給を制御する第２の制御ステップと
を含み、
前記充放電回路では、複数の前記コンデンサが、前記第１の制御ステップの処理により前記電力供給源から充電される場合には、前記電力供給源に対して直列に接続され、前記第２の制御ステップの処理により前記負荷に放電する場合には、前記負荷に対して並列に接続されるように、複数の前記コンデンサおよび複数の前記ダイオードが接続されており、
前記充放電回路の複数の前記コンデンサの静電容量は全て等しく、
前記充放電回路は、充電側と放電側のグランドレベルが共通である
電力供給方法。A power supply method for a power supply apparatus, comprising: a floor material that generates a deflection due to a force applied from above; and a power supply source that is provided at a lower portion of the floor material and supplies power generated by a pressure generated by the deflection of the floor material. There,
A power supply step for supplying power;
A power charge / discharge step of charging / discharging power by a charge / discharge circuit comprising a plurality of capacitors and a plurality of diodes,
A first control step of controlling supply of power from the power supply source to the charge / discharge circuit;
A second control step for controlling supply of power charged in the plurality of capacitors of the charge / discharge circuit to a predetermined load;
In the charging / discharging circuit, when the plurality of capacitors are charged from the power supply source by the processing of the first control step, they are connected in series to the power supply source, and the second control When discharging to the load by the processing of the step, a plurality of the capacitors and a plurality of the diodes are connected so as to be connected in parallel to the load ,
The capacitances of the capacitors of the charge / discharge circuit are all equal,
The charge / discharge circuit is a power supply method in which ground levels on the charge side and the discharge side are common . 上から加わる力によりたわみを発生する床材と、前記床材の下部に設けられ、前記床材のたわみによる圧力で発生する電力を供給する電力供給源と、前記電力供給源から供給された電力で充電され、充電された電圧の電圧値を変換して放電する電圧変換回路を複数有する電力供給装置であって、
前記電圧変換回路は、
複数のコンデンサと複数のダイオードとからなる充放電回路と、
前記電力供給源から前記充放電回路への電力の供給を制御する第１のスイッチと、
前記充放電回路の複数の前記コンデンサに充電された電力の所定の負荷への供給を制御する第２のスイッチと
を備え、
前記充放電回路では、複数の前記コンデンサが、前記第１のスイッチにより、前記電力供給源から充電される場合には、前記電力供給源に対して直列に接続され、前記第２のスイッチにより、前記負荷に放電する場合には、前記負荷に対して並列に接続されるように、複数の前記コンデンサおよび複数の前記ダイオードが接続されており、
前記充放電回路の複数の前記コンデンサの静電容量は全て等しく、
前記充放電回路は、充電側と放電側のグランドレベルが共通であり、
所定の電圧変換回路の充電中に他の電圧変換回路が放電することにより、複数の前記電圧変換回路のうちのいずれかが、前記負荷に対して常に電力を供給する
電力供給装置。A floor material that generates a deflection due to a force applied from above, a power supply source that is provided at a lower portion of the floor material, and that supplies power generated by pressure due to the deflection of the floor material, and an electric power supplied from the power supply source A power supply device that includes a plurality of voltage conversion circuits that are charged with, and that convert and discharge the voltage value of the charged voltage,
The voltage conversion circuit includes:
A charge / discharge circuit comprising a plurality of capacitors and a plurality of diodes;
A first switch for controlling power supply from the power supply source to the charge / discharge circuit;
A second switch for controlling supply of power charged in the capacitors of the charge / discharge circuit to a predetermined load;
In the charge / discharge circuit, when the plurality of capacitors are charged from the power supply source by the first switch, the capacitors are connected in series to the power supply source, and the second switch When discharging to the load, a plurality of the capacitors and a plurality of the diodes are connected so as to be connected in parallel to the load,
The capacitances of the capacitors of the charge / discharge circuit are all equal,
The charge / discharge circuit has a common ground level on the charge side and the discharge side,
A power supply device in which any one of the plurality of voltage conversion circuits always supplies power to the load when another voltage conversion circuit is discharged while the predetermined voltage conversion circuit is being charged. 基準クロックパルスを発生するパルス発生回路と、
前記パルス発生回路によって発生された前記基準クロックパルスの論理を反転するインバータと
を更に備え、
前記パルス発生回路の出力、もしくは前記インバータの出力のうちのいずれか一方が、複数の前記電圧変換回路のうちの第１の電圧変換回路が有する前記第１のスイッチおよび複数の前記電圧変換回路のうちの第２の電圧変換回路が有する前記第２のスイッチの開閉を制御し、他方が、前記第１の電圧変換回路が有する前記第２のスイッチおよび前記第２の電圧変換回路が有する前記第１のスイッチの開閉を制御する
請求項３に記載の電力供給装置。A pulse generation circuit for generating a reference clock pulse;
An inverter for inverting the logic of the reference clock pulse generated by the pulse generation circuit,
Either one of the output of the pulse generation circuit or the output of the inverter is connected to the first switch and the plurality of voltage conversion circuits included in the first voltage conversion circuit of the plurality of voltage conversion circuits. The second switch of the second voltage converter circuit controls the opening and closing of the second switch, and the other is the second switch of the first voltage converter circuit and the second switch of the second voltage converter circuit. The power supply device according to claim 3 , wherein opening and closing of the switch 1 is controlled. 上から加わる力によりたわみを発生する床材と、前記床材の下部に設けられ、前記床材のたわみによる圧力で発生する電力を供給する電力供給源と、前記電力供給源から供給された電力で充電され、充電された電圧の電圧値を変換して放電する電圧変換回路を複数有する電力供給装置の電力供給方法であって、
前記電圧変換回路における電圧変換ステップは、
複数のコンデンサと複数のダイオードとからなる充放電回路により、電力を充放電する電力充放電ステップと、
前記電力供給源から前記充放電回路への電力の供給を制御する第１の制御ステップと、
前記充放電回路の複数の前記コンデンサに充電された電力の所定の負荷への供給を制御する第２の制御ステップと
を含み、
前記充放電回路では、複数の前記コンデンサが、前記第１の制御ステップの処理により前記電力供給源から充電される場合には、前記電力供給源に対して直列に接続され、前記第２の制御ステップの処理により前記負荷に放電する場合には、前記負荷に対して並列に接続されるように、複数の前記コンデンサおよび複数の前記ダイオードが接続されており、
前記充放電回路の複数の前記コンデンサの静電容量は全て等しく、
前記充放電回路は、充電側と放電側のグランドレベルが共通であり、
前記第１の制御ステップおよび前記第２の制御ステップの処理により、所定の電圧変換回路の充電中に他の電圧変換回路が放電することにより、複数の前記電圧変換回路のうちのいずれかが、前記負荷に対して常に電力を供給する
電力供給方法。A floor material that generates a deflection due to a force applied from above, a power supply source that is provided at a lower portion of the floor material, and that supplies power generated by pressure due to the deflection of the floor material, and an electric power supplied from the power supply source A power supply method for a power supply device that has a plurality of voltage conversion circuits that are charged and converted to discharge a voltage value of the charged voltage,
The voltage conversion step in the voltage conversion circuit includes:
A power charge / discharge step of charging / discharging power by a charge / discharge circuit comprising a plurality of capacitors and a plurality of diodes,
A first control step of controlling supply of power from the power supply source to the charge / discharge circuit;
A second control step for controlling supply of power charged in the plurality of capacitors of the charge / discharge circuit to a predetermined load;
In the charging / discharging circuit, when the plurality of capacitors are charged from the power supply source by the processing of the first control step, they are connected in series to the power supply source, and the second control When discharging to the load by the processing of the step, a plurality of the capacitors and a plurality of the diodes are connected so as to be connected in parallel to the load,
The capacitances of the capacitors of the charge / discharge circuit are all equal,
The charge / discharge circuit has a common ground level on the charge side and the discharge side,
By the processing of the first control step and the second control step, the other voltage conversion circuit is discharged during charging of the predetermined voltage conversion circuit, so that any one of the plurality of voltage conversion circuits is A power supply method for always supplying power to the load.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8378632B2 (en) * 2007-10-02 2013-02-19 The Gillette Company Circuit arrangement with multiple batteries
KR101813011B1 (en) 2011-05-27 2017-12-28 삼성전자주식회사 Wireless power and data transmission system
JP6017176B2 (en) * 2012-05-01 2016-10-26 エスアイアイ・セミコンダクタ株式会社 Electronic device having charge / discharge control circuit
JP5792757B2 (en) * 2013-02-26 2015-10-14 輝雄 早津 Vibration power generation system
JP6772864B2 (en) * 2017-01-31 2020-10-21 株式会社豊田自動織機 Battery pack
JP6165377B1 (en) * 2017-05-10 2017-07-19 株式会社Ｗａｖｅ Ｅｎｅｒｇｙ Charge / discharge circuit and voltage detector
JP7097622B2 (en) * 2017-05-10 2022-07-08 株式会社Wave Energy Charge / discharge circuit, capacitor unit, and voltage detector

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5918578A (en) * 1982-07-21 1984-01-30 Nippon Denso Co Ltd Organic battery
JPS6082061A (en) * 1983-10-07 1985-05-10 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Switched capacitor transformer
JPH0539661A (en) * 1991-08-07 1993-02-19 Y & Y:Kk Floor panel raw material for construction with power generation function
JPH10164826A (en) * 1996-11-25 1998-06-19 Toshiyasu Suzuki Power supply means, drive circuit for capacitive load, drive circuit for controllable switching means and power supply means
JPH11146663A (en) * 1997-11-11 1999-05-28 Sony Corp Piezoelectric generator
JP3815108B2 (en) * 1999-03-19 2006-08-30 株式会社デンソー Rectenna equipment
JP2001086559A (en) * 1999-09-13 2001-03-30 Antenna Technology Inc Display device for antenna
JP2001157470A (en) * 1999-11-24 2001-06-08 Usc Corp Piezoelectric generator

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